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利用石墨烯制备太赫兹“二极管”取得突破

  天津大学精密仪器与光电子工程学院、太赫兹研究中心张伟力教授团队在石墨烯太赫兹波调制的研究中取得了突破性进展,该项研究成果发表在国际著名学术刊物Nature Communications [6, 7082 (2015)] 上。这篇题为“Active graphene-silicon hybrid diode for terahertz waves”的论文报道了利用光电并行机制对石墨烯-硅的复合结构进行主动调制的原创性工作。

  作为典型的二维材料,石墨烯具有单层原子结构,优异的光学、电学和机械性能,展现出了许多诱人、新颖的物理特性。由于具有外部可调控的导电率及可调谐的禁带宽度,石墨烯在太赫兹领域具有许多潜在的应用。其中,利用石墨烯对太赫兹波进行主动调控是目前的研究热点之一。但是,目前国际上通常采用单一式光激发或电调制等手段对太赫兹波实现调控,其调制深度受到明显的限制。

  张伟力团队在前期研究基础上,提出了基于石墨烯和半导体的太赫兹波调控的新方法,即采用石墨烯-硅的复合结构,在低功率连续激光的激励下,利用极低的电压(0.1-4伏)即可实现对太赫兹信号的大幅度调制,其调制深度高达83%,带宽覆盖了0.4-2 THz范围。在此基础上研制的太赫兹集成化器件,实现了对太赫兹波的正向偏压导通、负向偏压截止的光学“二极管”效应。该研究成果为太赫兹二维材料和器件的发展奠定了重要基础,在宽带太赫兹波调制器、太赫兹波整流、太赫兹波通信等领域有十分重要的应用前景。

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