强磁场下石墨烯的太赫兹时域光谱研究

摘要

太赫兹是指频率在0.1 THz到10 THz的电磁波，太赫兹时域光谱技术是太赫兹研究领域日趋成熟的材料表征的手段，但是研发高能量、高效率的太赫兹产生源依然是目前太赫兹研究领域亟待解决的主要难题。文中我们采用了800 nm的啁啾放大的飞秒激光泵浦铌酸锂晶体产生微焦量级的高亮度的太赫兹相干光。考虑到太赫兹光谱与强磁场结合的综合性科学设备在国内外鲜有报道，我们率先将超导磁体和低温恒温器集成到透射式太赫兹时域光谱系统中，实现0到9T的磁场变化和4.2 K到400 K的温度变化的太赫兹光谱测量，为纳米材料在强磁场和低温下的凝聚态物理研究提供了良好的平台。
　　石墨烯是sp2杂化单原子层的二维晶体，具有独特的电学、光学、力学、热学性质，兼具大的比表面积等优点。同时，石墨烯因其独特的电子输运特性，在太赫兹波段有很好的应用前景，例如研制基于石墨烯的超材料太赫兹探测器和太赫兹发射器等等。特别是作为二维电子气系统的一员，石墨烯在强磁场和低温下有着丰富的物理现象，如量子霍尔效应，舒勃尼科夫-德哈斯效应，回旋共振效应等等，但是量子霍尔效应的测量方法通常是在石墨烯表面制备霍尔bar做电输运测量，因为制备欧姆接触的霍尔bar并不容易，而且这样的测量对样品是有损的，所以通过太赫兹波研究石墨烯的磁光特性有着独特的优势。
　　文章共分为三个章节，第一章简要介绍了石墨烯的基本的物理性质、制备和表征的方法，太赫兹波的独特性质、产生和探测方法;第二章中描述了啁啾放大的飞秒激光器的结构原理和基于这一激光器泵浦铌酸锂晶体产生太赫兹的方案，以及低温恒温器和超导磁体在光路中的组合安装设计，最后阐述了薄膜材料的太赫兹时域光谱和光泵浦太赫兹光谱的数据分析原理;在第三章中，我们利用该强磁场低温太赫兹时域光谱平台研究了化学气相沉积法制备的单层石墨烯样品在强磁场下的磁光特性。

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摘要

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第一章 绪论

1．1 石墨烯的基本性质

1．1．1 晶格结构和电子能谱

1．1．2 态密度和回旋质量

1．1．3 石墨烯的电子学特性和应用

1．1．4 石墨烯的制备

1．1．5 石墨烯的表征

1．2 太赫兹科学技术

1．2．1 太赫兹波的定义和应用

1．2．2 太赫兹的产生原理

1．2．3 太赫兹的探测原理

1．3 本论文的主要内容及意义

第二章 强磁场低温太赫兹时域光谱系统的搭建

2．1 再生放大飞秒激光器简述

2．1．1 振荡器

2．1．2 展宽器

2．1．3 再生放大器

2．1．4 压缩器

2．2 强磁场低温的太赫兹时域光谱系统的搭建

2．2．1 基于铌酸锂晶体的强太赫兹源

2．2．2 强磁场低温的集成

2．2．3 材料的太赫兹时域光谱的数据分析原理

2．3 本章小结

第三章 CVD生长的石墨烯在强磁场下的太赫兹磁光特性

3．1 引言

3．2 在铜上CVD生长石墨烯的过程

3．3 单层石墨烯的太赫兹磁光特性

3．4 本章小结

第四章 总结和展望

4．1 全文总结

4．2 论文的主要创新点

4．3 论文的不足

4．4 研究展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果