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Grating-Graphene Metamaterial as a Platform for Terahertz Nonlinear Photonics

Deinert, Jan-Christoph und Alcaraz, David und Perez, Raul und Xiaoju, Jia und Hafez, Hassan A. und Ilyakov, Igor und Awari, Nilesh und Chen, Min und Bawatna, Mohammad und Ponymarov, Alexey und Germanskiy, S. und Bonn, Mischa und Koppen, Frank und Turchinovich, Dmitry und Gensch, Michael und Kovalev, Sergey und Tielrooij, Klaas-Jan (2020) Grating-Graphene Metamaterial as a Platform for Terahertz Nonlinear Photonics. ACS Nano, 15, Seiten 1145-1154. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsnano.0c08106. ISSN 1936-0851.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsnano.0c08106

Kurzfassung

We are using a metamaterial platform that combines graphene with a photonic grating structure providing field enhancement. We measure terahertz third-harmonic generation in this metamaterial and obtain an effective third-order nonlinear susceptibility with a magnitude as large as 3 × 10−8 m2/V2, or 21 esu, for a fundamental frequency of 0.7 THz. This nonlinearity is 50 times larger than what we obtain for graphene without grating. Such an enhancement corresponds to a third-harmonic signal with an intensity that is 3 orders of magnitude larger due to the grating. Moreover, we demonstrate a field conversion efficiency for the third harmonic of up to ∼1% using a moderate field strength of ∼30 kV/cm. Finally, we show that harmonics beyond the third are enhanced even more strongly, allowing us to observe signatures of up to the ninth harmonic. Grating-graphene metamaterials thus constitute an outstanding platform for commercially viable, CMOS-compatible, room-temperature, chipintegrated, THz nonlinear conversion applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148034/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Grating-Graphene Metamaterial as a Platform for Terahertz Nonlinear Photonics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Deinert, Jan-ChristophHelmholtz-Zentrum Dresden-RossendorfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Alcaraz, DavidICFO - Institut de Ciències FotòniquesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Perez, RaulCatalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Xiaoju, JiaMax-Planck-Institut für PolymerforschungNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hafez, Hassan A.Universität BielefeldNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ilyakov, IgorHelmholtz-Zentrum Dresden-RossendorfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Awari, NileshHelmholtz-Zentrum Dresden-RossendorfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chen, MinHelmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf / Technische Universität BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bawatna, MohammadHelmholtz-Zentrum Dresden-RossendorfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ponymarov, AlexeyHelmholtz-Zentrum Dresden-RossendorfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Germanskiy, S.Helmholtz-Zentrum Dresden-RossendorfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bonn, MischaMax-Planck-Institut für Polymerforschung, MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koppen, FrankICFO - Institut de Ciències FotòniquesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Turchinovich, DmitryUniversität BielefeldNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gensch, MichaelDLR, Institut für Optische Sensorsysteme/Technische Universität BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kovalev, SergeyHelmholtz-Zentrum Dresden-RossendorfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tielrooij, Klaas-JanCatalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology, Barcelona, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:12 Dezember 2020
Erschienen in:ACS Nano
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:15
DOI:10.1021/acsnano.0c08106
Seitenbereich:Seiten 1145-1154
Verlag:American Chemical Society (ACS)
ISSN:1936-0851
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Quantenmaterialien, Metamaterialien, Quantentechnologie
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - OptoRob [RO]
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Optische Sensorsysteme > Terahertz- und Laserspektroskopie
Hinterlegt von: Gensch, Michael
Hinterlegt am:10 Jan 2022 07:16
Letzte Änderung:04 Dez 2023 12:23

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