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石墨烯发红光 开启新型光电器件制造大门

导读: 美国研究人员发现,以极短脉冲激光激发石墨烯(graphene)可使其发出红外光,再次证明石墨烯适合光电器件上的应用。

  美国研究人员发现,以极短脉冲激光激发石墨烯(graphene)可使其发出红外光,再次证明石墨烯适合光电器件上的应用。实验结果显示石墨烯具有两项重要性质:电子的居量反转(population inversion)与光增益(optical gain)。此发现证明不具能隙的石墨烯仍适合用来制作各种光电器件,包含宽带光放大器、高速调制器,以及光通讯和超快激光所需的吸收器。

  石墨烯为具有蜂巢晶格的平面碳材料,电子能以极高速度在材料中运动,行为类似无静止质量的迪拉克(Dirac)粒子,因此非常适合用来制作电子器件。石墨烯在光电领域也极具潜力,它具有理想的内部量子效率(internal quantum efficiency),几乎每个被石墨烯吸收的光子都会产生电子空穴对,而原则上这些电子空穴对都能转换成电流。另外,拜迪拉克电子之赐,石墨烯能吸收所有颜色的光线,且反应时间极短,意味着石墨烯器件可望在速度上超越现行的光通讯器件。

  事实上,已有许多石墨烯基本器件问世,如太阳能电池、发光器件、触控屏幕及光探测器等。然而,却鲜少有研究探讨以飞秒脉冲激光激发石墨烯所产生的非平衡电荷态(non-equilibrium charge state)。这些非线性现象对于制造实用光学器件如超快调制器、放大器以及波长转换器等相当重要。

  在Ames实验室与爱荷华州立大学共同进行的实验中,Jigang Wang等人利用能量约1.55 eV的脉冲激光(35 fs)激发以外延成长的高质量石墨烯,接着测量样本的反射光,研究人员藉此得知光吸收量的信息,并推测出石墨烯的光导率(optical conductivity)。

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