Deinert, Jan-Christoph and Alcaraz, David and Perez, Raul and Xiaoju, Jia and Hafez, Hassan A. and Ilyakov, Igor and Awari, Nilesh and Chen, Min and Bawatna, Mohammad and Ponymarov, Alexey and Germanskiy, S. and Bonn, Mischa and Koppen, Frank and Turchinovich, Dmitry and Gensch, Michael and Kovalev, Sergey and Tielrooij, Klaas-Jan (2020) Grating-Graphene Metamaterial as a Platform for Terahertz Nonlinear Photonics. ACS Nano, 15, pp. 1145-1154. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsnano.0c08106. ISSN 1936-0851.
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Official URL: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsnano.0c08106
Abstract
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.
Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/148034/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Title: | Grating-Graphene Metamaterial as a Platform for Terahertz Nonlinear Photonics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors: |
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Date: | 12 December 2020 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | ACS Nano | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 15 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1021/acsnano.0c08106 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Page Range: | pp. 1145-1154 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | American Chemical Society (ACS) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 1936-0851 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | Quantenmaterialien, Metamaterialien, Quantentechnologie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program Themes: | Robotics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Program: | R RO - Robotics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research theme (Project): | R - OptoRob [RO] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Location: | Berlin-Adlershof | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutes and Institutions: | Institute of Optical Sensor Systems > Terahertz and Laser Spectroscopy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited By: | Gensch, Michael | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited On: | 10 Jan 2022 07:16 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 04 Dec 2023 12:23 |
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