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科學(xué)家用懸空石墨烯實(shí)現(xiàn)高性能光學(xué)等離激元模式 石墨烯等離激元性能數(shù)量級提升
2022年03月23日 16:57:34
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：4931
近日，國家納米科學(xué)中心研究員戴慶團(tuán)隊(duì)采用新穎方法成功“懸空”石墨烯，通過獲得高質(zhì)量的純凈“等離激元” 為實(shí)現(xiàn)納米級的光電互聯(lián)提供了新的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。相關(guān)論文于3月18日在《自然-通訊》( nature communications )在線發(fā)表。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】光電子器件是指利用電-光子轉(zhuǎn)換效應(yīng)制成的各種功能器件。光電子器件是光電子技術(shù)的關(guān)鍵和核心部件，是現(xiàn)代光電技術(shù)與微電子技術(shù)的前沿研究領(lǐng)域，是信息技術(shù)的重要組成部分。光電子器件應(yīng)用范圍十分廣闊，如家用攝像機(jī)、手機(jī)相機(jī)、指紋探測、導(dǎo)彈探測、醫(yī)學(xué)檢測和透視等等均可用到光電子器件。
通過微光學(xué)機(jī)械電子技術(shù)的集成工藝，光電子器件的體積越來越小，集成度越來越高，各種新型固體成像器件不斷被開發(fā)成功，光電子器件利用電運(yùn)算、光傳輸，信息處理能力得到大幅提升。然而，想要將微納尺度的光電結(jié)合，卻沒那么簡單。
近日，國家納米科學(xué)中心研究員戴慶團(tuán)隊(duì)采用新穎方法成功“懸空”石墨烯，通過獲得高質(zhì)量的純凈“等離激元” 為實(shí)現(xiàn)納米級的光電互聯(lián)提供了新的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。相關(guān)論文于3月18日在《自然-通訊》( nature communications )在線發(fā)表。
作為下一代光電子器件發(fā)展方向，微納光電子器件由于光的“衍射極限”正面臨著發(fā)展瓶頸。為尋求突破，科學(xué)家提出利用等離激元效應(yīng)作為橋梁實(shí)現(xiàn)光電互聯(lián)，一旦實(shí)現(xiàn)可以使器件性能實(shí)現(xiàn)數(shù)量級提升。自2011年首次實(shí)驗(yàn)觀測以來，由于優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)，單原子層結(jié)構(gòu)的石墨烯支持的等離激元正在成為研究熱點(diǎn)。但單原子層的石墨烯還需要支撐基底才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而襯底又會帶來帶來諸如包括介電損耗、聲子雜化和雜質(zhì)散射等問題。
國家納米科學(xué)中心研究員戴慶團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)外多個研究小組合作，在以往研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步成功在懸空石墨烯結(jié)構(gòu)獲得高質(zhì)量的本征等離激元，徹底解決基底引入的額外損耗和限制調(diào)控等問題。
研究結(jié)果證實(shí)，懸空石墨烯提供了特殊的不受干擾的等離激元環(huán)境。兩項(xiàng)代表等離激元性能的數(shù)據(jù)“高品質(zhì)因子”和“長傳輸距離”分別達(dá)到33、大于3微米，是迄今為止室溫下等離激元的最高記錄，達(dá)到同等條件下氧化硅基底上石墨烯等離激元性能一個數(shù)量級以上的提升。此外，懸空高度還可以作為一種全新的等離激元調(diào)諧手段，研究團(tuán)隊(duì)利用這個新的調(diào)控優(yōu)勢，開發(fā)了一種新型等離激元開關(guān)器件。
參考資料來源：中國科學(xué)報
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