"Femtosecond population inversion and stimulated emission of dense Dirac fermions in graphene". T. Li, L. Luo, M. Hupalo, J. Zhang, M. C. Tringides, J. Schmalian, J. Wang. PHYSICAL REVIEW LETTERS 108, 167401 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.167401
We show that strongly photoexcited graphene monolayers with 35 fs pulses quasi-instantaneously
build up a broadband, inverted Dirac fermion population. Optical gain
emerges and directly manifests itself via a negative conductivity at the
near-infrared region for the first 200 fs, where stimulated emission
completely compensates absorption loss in the graphene layer. Our
experiment-theory comparison with two distinct electron and hole
chemical potentials reproduce absorption saturation and gain at 40 fs,
revealing, particularly, the evolution of the transient state from a hot
classical gas to a dense quantum fluid with increasing the
photoexcitation.
Se muestra que se construye una población invertida de fermiones de Dirac, de amplio espectro, en monocapas de grafeno fuertemente fotoexcitadas con pulsos cuasi-instantáneos de 35 fs. Hay ganancia óptica, que se manifiesta directamente por medio de una conductividad negativa en la región del cercano infrarrojo durante los primeros 200 fs, donde la emisión estimulada compensa completamente las pérdidas por absorción en la capa de grafeno. La comparación de la teoría con el experimento, con dos distintos potenciales químicos de electrones y huecos, reproduce la saturación en la absorción y la ganancia a 40 fs, haciendo evidente, en particular, la evolución del estado transitorio de un gas clásico caliente a un fluido cuántico denso, conforme aumenta la fotoexcitación.
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