Моделирование действия коротких оптических импульсов на графен

Моделирование действия коротких оптических импульсов на графен

Автор: Панферов Анатолий Дмитриевич, Маханьков Алексей Владимирович

Журнал: Программные системы: теория и приложения @programmnye-sistemy

Рубрика: Математическое моделирование

Статья в выпуске: 1 (40) т.10, 2019 года.

Бесплатный доступ

Особенности взаимодействия высокочастотных импульсных электрических полей с графеном в настоящее время являются предметом интенсивных исследований. В работе представлены результаты апробации программной системы моделирования таких процессов на примере ультракоротких лазерных импульсов оптического диапазона с различной поляризацией. Разрабатываемая авторами программная система построена на базе нового теоретического подхода с использованием квантового кинетического уравнения. Ключевым элементом модели является система обыкновенных дифференциальных уравнений с нелинейно зависящими от времени и параметров задачи коэффициентами.Необходимость анализировать поведение решений этой системы уравнений в области изменения нескольких параметров ведёт к полиномиальной сложности вычислений. Неизвестность характера параметрической зависимости решений требует нескольких итераций выбора покрывающих сеток. Система моделирования адаптирована для использования на массово параллельных вычислительных системах.

Еще

Численное моделирование, высокопроизводительные вычисления, графен, кинетическое уравнение

Короткий адрес: https://sciup.org/143169790

IDR: 143169790   |   DOI: 10.25209/2079-3316-2019-10-1-33-46

Список литературы Моделирование действия коротких оптических импульсов на графен

  • M. Baudisch, A. Marini, J. D. Cox, T. Zhu, F. Silva, S. Teichmann, M. Massicotte, F. Koppens, L. S. Levitov, F. J. Garc\\'de Abajo, J. Biegert. “Ultrafast nonlinear optical response of Dirac fermions in graphene”, Nature Communications, 9 (2018), 1018. DOI: 10.1038/s41467-018-03413-7
  • L. Wang, I. Meric, P. Y. Huang, Q. Gao, Y. Gao, H. Tran, T. Taniguchi, K. Watanabe, L. M. Campos, D. A. Muller, J. Guo, P. Kim, J. Hone, K. L. Shepard, C. R. Dean. “One-dimensional electrical contact to a two-dimensional material”, Science, 342 (2013), pp. 614-617. DOI: 10.1126/science.1244358
  • L. Banszerus, M. Schmitz, S. Engels, M. Goldsche, K. Watanabe, T. Taniguchi, B. Beschoten, C. Stampfer. “Ballistic transport exceeding 28 μ m in CVD grown graphene”, Nano Lett., 16 (2016), pp. 1387-1391. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04840
  • J. Wang, Y. Hernandez, M. Lotya, J. N. Coleman, W. J. Blau. “Broadband nonlinear optical response of graphene dispersions”, Advanced Materials, 21 (2009), pp. 2430-2435. DOI: 10.1002/adma.200803616
  • Z. Fei, G. O. Andreev, W. Bao, L. M. Zhang, A. S. McLeod, C. Wang, M. K. Stewart, Z. Zhao, G. Dominguez, M. Thiemens, M. M. Fogler, M. J. Tauber, A. H. Castro-Neto, C. N. Lau, F. Keilmann, D. N. Basov. “Infrared nanoscopy of Dirac plasmons at the graphene-SiO ₂ interface”, Nano Lett., 11 (2011), pp. 4701-4705. DOI: 10.1021/nl202362d
  • A. E. Nikolaenko, N. Papasimakis, E. Atmatzakis, Z. Luo, Z. X. Shen, F. Angelis, S. A. Boden, E. Fabrizio, N. I. Zheludev. “Nonlinear graphene metamaterial”, Appl. Phys. Lett., 100 (2012), 181109.
  • DOI: 10.1063/1.4711044
  • M. Garg, M. Zhan, T. T. Luu, H. Lakhotia, T. Klostermann, A. Guggenmos, E. Goulielmakis. “Multi-petahertz electronic metrology”, Nature, 538 (2016), pp. 359-363.
  • DOI: 10.1038/nature19821
  • A. Sommer, E. M. Bothschafter, S. A. Sato, C. Jakubeit, T. Latka, O. Razskazovskaya, H. Fattahi, M. Jobst, W. Schweinberger, V. Shirvanyan, V. S. Yakovlev, R. Kienberger, K. Yabana, N. Karpowicz, M. Schultze, F. Krausz. “Attosecond nonlinear polarization and light-matter energy transfer in solids”, Nature, 534 (2016), pp. 86-90.
  • DOI: 10.1038/nature17650
  • T. Higuchi, C. Heide, K. Ullmann, H. B. Weber, P. Hommelhoff. “Light-field-driven currents in graphene”, Nature, 550 (2017), pp. 224-228.
  • DOI: 10.1038/nature23900
  • N. Kumar, J. Kumar, C. Gerstenkorn, R. Wang, H. Chiu, A. L. Smirl, H. Zhao. “Third harmonic generation in graphene and few-layer graphite films”, Phys. Rev. B, 87 (2013), 121406.
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.121406
  • S. Hong, J. I. Dadap, N. Petrone, P. Yeh, J. Hone, R. M. Osgood, Optical third-harmonic generation in graphene Optical third-harmonic generation in graphene, Phys. Rev. X, 3 (2013), 021014.
  • DOI: 10.1103/PhysRevX.3.021014
  • G. X. Ni, L. Wang, M. D. Goldflam, M. Wagner, Z. Fei, A. S. McLeod, M. K. Liu, F. Keilmann, B. Ozyilmaz, A. H. Castro Neto, J. Hone, M. M. Fogler, D. N. Basov. “Ultrafast optical switching of infrared plasmon polaritons in high-mobility graphene”, Nature Photonics, 10 (2016), pp. 244-247.
  • DOI: 10.1038/NPHOTON.2016.45
  • P. Bowlan, E. Martinez-Moreno, K. Reimann, T. Elsaesser, M. Woerner. “Ultrafast terahertz response of multilayer graphene in the nonperturbative regime”, Phys. Rev. B, 89 (2014), 041408.
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.041408
  • S. A. Smolyansky, D. V. Churochkin, V. V. Dmitriev, A. D. Panferov, B. Kampfer. “Residual currents generated from vacuum by an electric field pulse in 2+1 dimensional QED models”, EPJ Web Conf., 138 (2017), 06004.
  • DOI: 10.1051/epjconf/201713806004
  • I. Gierz, J. C. Petersen, M. Mitrano, C. Cacho, I. C. Edmond Turcu, E. Springate, A. Stohr, A. Kohler, U. Starke, A. Cavalleri. “Snapshots of non-equilibrium Dirac carrier distributions in graphene”, Nature Materials, 12 (2013), pp. 1119-1124.
  • DOI: 10.1038/NMAT3757
  • K. J. Tielrooij, L. Piatkowski, M. Massicotte, A. Woessner, Q. Ma, Y. Lee, K. S. Myhro, C. N. Lau, P. Jarillo-Herrero, N. F. van Hulst, F. H. L. Koppens. “Generation of photovoltage in graphene on a femtosecond timescale through efficient carrier heating”, Nature Nanotechnology, 10 (2015), pp. 437-443.
  • DOI: 10.1038/NNANO.2015.54
  • D. B. Blaschke, A. V. Prozorkevich, G. Röpke, C. D. Roberts, S. M. Schmidt, D. S. Shkirmanov, S. A. Smolyansky. “Dynamical Schwinger effect and high-intensity lasers. Realising nonperturbative QED”, Eur. Phys. J. D, 55 (2009), 341.
  • DOI: 10.1140/epjd/e2009-00156-y
  • M. Galassi, J. Theiler et all, 1996-2018, GNU Scientific Library-GSL 2.5 documentation GNU Scientific Library-GSL 2.5 documentation, https://www.gnu.org/software/gsl/.
  • С. А. Левенец, Т. Т. Верёвин, А. В. Маханьков, А. Д. Панферов, С. О. Пирогов. «Моделирование динамики безмассовых носителей заряда в двумерной системе %in Russian», Материалы международной научной конференции (2 июля-3 июля 2018 года, Саратов, Россия), Издат. центр «Наука», 2018, с. 242-245.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp