Observation of a transient decrease in terahertz conductivity of single-layer graphene induced by ultrafast optical excitation

Nano Letters

Volumn 13, Issue 2, 2013, Pages 524-530

  Jnawali, Giriraj ^a   Rao, Yi ^a   Yan, Hugen ^b   Heinz, Tony F ^a  

^a Columbia University ^*  (United States)

^b IBM T J WATSON RESEARCH CENTER   (United States)

Author keywords

carrier scattering; Graphene; terahertz conductivity; THz time domain spectroscopy; transient photoconductance

Indexed keywords

CARRIER SCATTERING; DOPING LEVELS; DRUDE MODELS; DRUDE WEIGHTS; EPITAXIAL GRAPHENE; EXCITATION CONDITIONS; FEMTOSECOND OPTICAL EXCITATION; FREQUENCY DEPENDENCE; FREQUENCY-DEPENDENT; GRAPHENE SHEETS; HIGH MOBILITY; NON EQUILIBRIUM; PHOTOCONDUCTANCE; PHOTOCONDUCTIVE RESPONSE; PHOTOINDUCED CONDUCTIVITIES; PHOTORESPONSES; PICOSECONDS; SINGLE LAYER; SPECTRAL RANGE; TERA HERTZ; THZ TIME DOMAIN SPECTROSCOPY; ULTRA-FAST;

CHEMICAL VAPOR DEPOSITION; ELECTRON SCATTERING; PHOTOEXCITATION;

GRAPHENE;

EID: 84873656876     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl303988q     Document Type: Article

References (72)

1. Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Katsnelson, M. I.; Grigorieva, I. V.; Dubonos, S. V.; Firsov, A. A. Nature 2005, 438, 197
2. Zhang, Y. B.; Tan, Y. W.; Stormer, H. L.; Kim, P. Nature 2005, 438, 201
3. Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183
4. Morozov, S. V.; Novoselov, K. S.; Katsnelson, M. I.; Schedin, F.; Elias, D. C.; Jaszczak, J. A.; Geim, A. K. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 016602
5. Bolotin, K. I.; Sikes, K. J.; Jiang, Z.; Klima, M.; Fudenberg, G.; Hone, J.; Kim, P.; Stormer, H. L. Solid State Commun. 2008, 146, 351
6. Bonaccorso, F.; Sun, Z.; Hasan, T.; Ferrari, A. C. Nat. Photonics 2010, 4, 611
7. Avouris, P. Nano Lett. 2010, 10, 4285
8. Mak, K. F.; Sfeir, M. Y.; Wu, Y.; Lui, C. H.; Misewich, J. A.; Heinz, T. F. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 196405
9. Nair, R. R.; Blake, P.; Grigorenko, A. N.; Novoselov, K. S.; Booth, T. J.; Stauber, T.; Peres, N. M. R.; Geim, A. K. Science 2008, 320, 1308
10. Dawlaty, J. M.; Shivaraman, S.; Strait, J.; George, P.; Chandrashekhar, M.; Rana, F.; Spencer, M. G.; Veksler, D.; Chen, Y. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 131905
11. Yan, H. G.; Xia, F. N.; Zhu, W. J.; Freitag, M.; Dimitrakopoulos, C.; Bol, A. A.; Tulevski, G.; Avouris, P. ACS Nano 2011, 5, 9854
12. Wang, F.; Zhang, Y.; Tian, C.; Girit, C.; Zettl, A.; Crommie, M.; Shen, Y. R. Science 2008, 320, 206
13. Li, Z. Q.; Henriksen, E. A.; Jiang, Z.; Hao, Z.; Martin, M. C.; Kim, P.; Stormer, H. L.; Basov, D. N. Nat. Phys. 2008, 4, 532
14. Lemme, M. C.; Echtermeyer, T. J.; Baus, M.; Kurz, H. IEEE Electron Device Lett. 2007, 28, 282
15. Jablan, M.; Buljan, H.; Soljačić, M. Phys. Rev. B 2009, 80, 245435
16. Lin, Y. M.; Dimitrakopoulos, C.; Jenkins, K. A.; Farmer, D. B.; Chiu, H. Y.; Grill, A.; Avouris, P. Science 2010, 327, 662
17. Ju, L.; Geng, B.; Horng, J.; Girit, C.; Martin, M.; Hao, Z.; Bechtel, H. A.; Liang, X.; Zettl, A.; Shen, Y. R.; Wang, F. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 630
18. Liao, L.; Lin, Y.-C.; Bao, M.; Cheng, R.; Bai, J.; Liu, Y.; Qu, Y.; Wang, K. L.; Huang, Y.; Duan, X. Nature 2010, 467 (7313) 305-308
19. Bao, Q.; Loh, K. P. ACS Nano 2012, 6 (5) 3677-3694
20. Ando, T.; Zheng, Y. S.; Suzuura, H. J. Phys. Soc. Jpn. 2002, 71, 1318
21. Kuzmenko, A. B.; van Heumen, E.; Carbone, F.; van der Marel, D. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 117401
22. Horng, J.; Chen, C.-F.; Geng, B.; Girit, C.; Zhang, Y.; Hao, Z.; Bechtel, H. A.; Martin, M.; Zettl, A.; Crommie, M. F.; Shen, Y. R.; Wang, F. Phys. Rev. B 2011, 83, 165113
23. Tomaino, J. L.; Jameson, A. D.; Kevek, J. W.; Paul, M. J.; van der Zande, A. M.; Barton, R. A.; McEuen, P. L.; Minot, E. D.; Lee, Y.-S. Opt. Express 2011, 19, 141
24. Liu, W.; Aguilar, R. V.; Hao, Y. F.; Ruoff, R. S.; Armitage, N. P. J. Appl. Phys. 2011, 110, 083510
25. Sensale-Rodriguez, B.; Yan, R.; Kelly, M. M.; Fang, T.; Tahy, K.; Hwang, W. S.; Jena, D.; Liu, L.; Xing, H. G. Nat. Commun. 2012, 3, 780
26. Ren, L.; Zhang, Q.; Yao, J.; Sun, Z. Z.; Kaneko, R.; Yan, Z.; Nanot, S.; Jin, Z.; Kawayama, I.; Tonouchi, M.; Tour, J. M.; Kono, J. Nano Lett. 2012, 12, 3711
27. Maeng, I.; Lim, S.; Chae, S. J.; Lee, Y. H.; Choi, H.; Son, J. H. Nano Lett. 2012, 12, 551
28. Yan, H.; Li, Z.; Li, X.; Zhu, W.; Avouris, P.; Xia, F. Nano Lett. 2012, 12, 3766
29. Fei, Z.; Rodin, A. S.; Andreev, G. O.; Bao, W.; McLeod, A. S.; Wagner, M.; Zhang, L. M.; Zhao, Z.; Thiemens, M.; Dominguez, G.; Fogler, M. M.; Neto, A. H. C.; Lau, C. N.; Keilmann, F.; Basov, D. N. Nature 2012, 487, 82
30. Fei, Z.; Andreev, G. O.; Bao, W.; Zhang, L. M.; McLeod, A. S.; Wang, C.; Stewart, M. K.; Zhao, Z.; Dominguez, G.; Thiemens, M.; Fogler, M. M.; Tauber, M. J.; Castro-Neto, A. H.; Lau, C. N.; Keilmann, F.; Basov, D. N. Nano Lett. 2011, 11, 4701
31. Kampfrath, T.; Perfetti, L.; Schapper, F.; Frischkorn, C.; Wolf, M. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 187403
32. Sun, D.; Wu, Z.-K.; Divin, C.; Li, X.; Berger, C.; de Heer, W. A.; First, P. N.; Norris, T. B. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 157402
33. Dawlaty, J. M.; Shivaraman, S.; Chandrashekhar, M.; Rana, F.; Spencer, M. G. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 042116
34. Breusing, M.; Ropers, C.; Elsaesser, T. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 086809
35. Newson, R. W.; Dean, J.; Schmidt, B.; van Driel, H. M. Opt. Express 2009, 17, 2326
36. Wang, H.; Strait, J. H.; George, P. A.; Shivaraman, S.; Shields, V. B.; Chandrashekhar, M.; Hwang, J.; Rana, F.; Spencer, M. G.; Ruiz-Vargas, C. S.; Park, J. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 081917
37. Winnerl, S.; Orlita, M.; Plochocka, P.; Kossacki, P.; Potemski, M.; Winzer, T.; Malic, E.; Knorr, A.; Sprinkle, M.; Berger, C.; de Heer, W. A.; Schneider, H.; Helm, M. Phys. Rev. Lett. 2011, 107, 237401
38. George, P. A.; Strait, J.; Dawlaty, J.; Shivaraman, S.; Chandrashekhar, M.; Rana, F.; Spencer, M. G. Nano Lett. 2008, 8, 4248
39. Choi, H.; Borondics, F.; Siegel, D. A.; Zhou, S. Y.; Martin, M. C.; Lanzara, A.; Kaindl, R. A. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 172102
40. Strait, J. H.; Wang, H. N.; Shivaraman, S.; Shields, V.; Spencer, M.; Rana, F. Nano Lett. 2011, 11, 4902
41. Lee, E. J. H.; Balasubramanian, K.; Weitz, R. T.; Burghard, M.; Kern, K. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 486
42. Park, J.; Ahn, Y. H.; Ruiz-Vargas, C. Nano Lett. 2009, 9, 1742
43. Xu, X. D.; Gabor, N. M.; Alden, J. S.; van der Zande, A. M.; McEuen, P. L. Nano Lett. 2010, 10, 562
44. Lemme, M. C.; Koppens, F. H. L.; Falk, A. L.; Rudner, M. S.; Park, H.; Levitov, L. S.; Marcus, C. M. Nano Lett. 2011, 11, 4134
45. Gabor, N. M.; Song, J. C. W.; Ma, Q.; Nair, N. L.; Taychatanapat, T.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Levitov, L. S.; Jarillo-Herrero, P. Science 2011, 334, 648
46. Song, J. C. W.; Rudner, M. S.; Marcus, C. M.; Levitov, L. S. Nano Lett. 2011, 11, 4688
47. Sun, D.; Aivazian, G.; Jones, A. M.; Ross, J. S.; Yao, W.; Cobden, D.; Xu, X. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 114
48. Prechtel, L.; Song, L.; Schuh, D.; Ajayan, P.; Wegscheider, W.; Holleitner, A. W. Nat. Commun. 2012, 3, 646
49. Nazin, G.; Zhang, Y.; Zhang, L.; Sutter, E.; Sutter, P. Nat. Phys. 2010, 6, 870
50. Xia, F.; Mueller, T.; Lin, Y.-m.; Valdes-Garcia, A.; Avouris, P. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 839
51. Mueller, T.; Xia, F. N. A.; Avouris, P. Nat. Photonics 2010, 4, 297
52. Li, X. S.; Cai, W. W.; An, J. H.; Kim, S.; Nah, J.; Yang, D. X.; Piner, R.; Velamakanni, A.; Jung, I.; Tutuc, E.; Banerjee, S. K.; Colombo, L.; Ruoff, R. S. Science 2009, 324, 1312
53. Nahata, A.; Auston, D. H.; Heinz, T. F.; Wu, C. J. Appl. Phys. Lett. 1996, 68, 150
54. Wu, Q.; Zhang, X. C. Appl. Phys. Lett. 1995, 67, 3523
55. Nahata, A.; Weling, A. S.; Heinz, T. F. Appl. Phys. Lett. 1996, 69, 2321
56. Tinkham, M. Phys. Rev. B 1956, 104, 845
57. Hegmann, F. A.; Ostroverkhova, O.; Cooke, D. G. Photophysics of Molecular Materials; Wiley-VCH: Weinheim, 2006; p 367.
58. Parker, T. J.; Ford, J. E.; Chambers, W. G. Infrared Phys. 1978, 18, 215
59. Naftaly, M.; Miles, R. E. Proc. IEEE 2007, 95, 1658
60. Buron, J. D.; Petersen, D. H.; Bøggild, P.; Cooke, D. G.; Hilke, M.; Sun, J.; Whiteway, E.; Nielsen, P. F.; Hansen, O.; Yurgens, A.; Jepsen, P. U. Nano Lett. 2012, 12, 5074
61. Hwang, E. H.; Adam, S.; Das Sarma, S. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 186806
62. Nomura, K.; MacDonald, A. H. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 076602
63. Peres, N. M. R.; Lopes dos Santos, J. M. B.; Stauber, T. Phys. Rev. B 2007, 76, 073412
64. Castro Neto, A. H.; Guinea, F.; Peres, N. M. R.; Novoselov, K. S.; Geim, A. K. Rev. Mod. Phys. 2009, 81, 109
65. Ando, T. J. Phys. Soc. Jpn. 2006, 75, 074716
66. Nienhuys, H.-K.; Sundström, V. Phys. Rev. B 2005, 71, 235110
67. Knoesel, E.; Bonn, M.; Shan, J.; Wang, F.; Heinz, T. F. J. Chem. Phys. 2004, 121, 394
68. Lui, C. H.; Mak, K. F.; Shan, J.; Heinz, T. F. Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 127404
69. Gusynin, V. P.; Sharapov, S. G.; Carbotte, J. P. New J. Phys. 2009, 11, 095013
70. Yan, H. G.; Song, D. H.; Mak, K. F.; Chatzakis, I.; Maultzsch, J.; Heinz, T. F. Phys. Rev. B 2009, 80, 121403
71. Chen, J.-H.; Jang, C.; Xiao, S.; Ishigami, M.; Fuhrer, M. S. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 206
72. Graham, M. W.; Shi, S.-F.; Ralph, D. C.; Park, J.; McEuen, P. L. Nat. Phys. 2012, advance online publication; DOI: 10.1038/nphys2493.