石墨烯氮微谐振器中的栅极可调谐频梳

光学频率梳以不连续的等间隔频率发射光脉冲，是现代频率计量学、精密光谱学、天文观测、超快光学和量子信息的基础。

石墨烯由于具有出色的费米-狄拉克可调性和超快的载流子迁移率，其光导性可通过栅极电压调整，因此有着复杂的光学色散性，能够极大地促进光电子（如调制器、光电探测器和可控等离子体激元）的发展。

双层离子凝胶门控晶体管

通过将栅极可调光导与氮化硅光子微谐振器耦合，从而通过改变费米能级来调制其二阶和更高阶色散来证明石墨烯基光学频率梳的门控腔内可调谐性。

他们实现了双层离子凝胶门控晶体管，以在单电压电平控制下调节石墨烯0.45-0.65电子伏特范围内的费米能级。他们进一步证明了从周期性孤子晶体到具有缺陷的晶体的电压可调谐转换，这种结合了单原子层纳米科学和超快光电子的异质石墨烯微腔将有助于提高我们对动态频率梳和超快光学的理解。

近日，来自成都电子科技大学的姚佰承（通讯作者）的团队在Nature发表文章.

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栅极可调石墨烯氮化物异质微腔的概念设计与实现

a: GMR的示意结构，氮化硅用灰色表示；

b: 石墨烯-氮化物异质波导的电场分布；

c: 光学显微照片显示母线波导（红色箭头），环形谐振器和Au/Ti金属化图案；

d: 根据其费米能级计算石墨烯的速度色散和三阶色散。

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调谐石墨烯微环谐振器

a: 电子测量石墨烯/离子凝胶电容器；

b: 费米能级和光学波长的函数；

c: 测量GMR的透射率（顶部面板）和模式FSR与波长关系；

d: 在各种VG下调谐Q因子和色散变化。

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栅极可调谐石墨烯克尔频率梳的观察

a: 在控制的栅极电压和石墨烯费米能级上的初级梳状线；

b: 在不同的栅极电压下产生的全频梳；

c: 栅极电压调谐主梳状线位置（蓝色圆圈），还调整全梳状带宽（红色菱形）；

d: 连续波泵浦与切伦科夫辐射之间的频率的关系。

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栅极控石墨烯氮化物微谐振器的孤子晶体

左图：测量强度传输，说明与孤子形成有关的特征“步骤”。

中图：相应的光谱测量。泵的位置用黑色虚线标出，切伦科夫辐射峰用灰色箭头标出。

右图：孤子脉冲的频率分辨二次谐波自相关图。这里灰色曲线显示实时自相关强度迹线。

总结

这项研究结合单原子层纳米技术和超快光电子学的非均相石墨烯微腔，实现了石墨烯-氮化物非均相微谐振器可通过栅极电压和费米能级进行调谐，为孤子物理学研究提供一个新的平台。

在高速通信、梳状光谱学和数据存储等方面也具有很大应用价值。这种电荷可调石墨烯异质结构，在单原子层纳米科学和超高速光电子的界面上开创了新构架。