用光激發(fā)石墨烯的難題解決了
光檢測和控制是許多現(xiàn)代設(shè)備應(yīng)用的核心,例如你手機中的相機。使用石墨烯作為光檢測器的光敏材料相比于現(xiàn)在使用的材料可以提供顯著的改進(jìn)。例如,石墨烯可以檢測幾乎任何顏色的光線,并且在百萬分之一秒內(nèi)發(fā)出極快的電子響應(yīng)。 因此,為了正確地設(shè)計基于石墨烯的光檢測器,了解在石墨烯吸收光之后發(fā)生的過程是至關(guān)重要的。 一個歐洲科學(xué)家組成的團隊已經(jīng)成功地理解了這些過程。這些科學(xué)家們分別來自西班牙巴塞羅那的光子科學(xué)研究所(ICFO)、Genova的意大利技術(shù)研究所(IIT),英國Exeter的埃克塞特大學(xué)和來自德國美因茨的約翰內(nèi)斯古騰堡大學(xué)。 最近在Science Advances上發(fā)表的論文(“The ultrafast dynamics and conductivity of photoexcited graphene at different Fermi energies”),他們的研究在論文中徹底解釋了為什么在某些情況下石墨烯的電導(dǎo)率在光吸收后增加,而在其他情況下,則會下降。研究人員們表明,這種行為與從吸收的光能量流向石墨烯電子的方式相關(guān):在石墨烯吸收光之后,石墨烯電子加熱的過程發(fā)生得非?觳⑶揖哂蟹浅8叩男。 超快光泵浦-太赫茲探針實驗示意圖,實驗過程中光泵引起電子加熱,所述電子加熱過程后,太赫茲脈沖立即對石墨烯的電導(dǎo)率敏感,該過程發(fā)生的時間尺度快于百萬分之一秒。 (圖片來源:Fabien Vialla / ICFO) 對于高度摻雜的石墨烯(其中存在許多自由電子),超快電子加熱導(dǎo)致具有升高的能量的載流子 - 熱載流子 - 這反過來導(dǎo)致導(dǎo)電率降低。有趣的是,對于弱摻雜的石墨烯(其中不存在太多自由電子),電子加熱導(dǎo)致產(chǎn)生額外的自由電子,并因此導(dǎo)致電導(dǎo)率的增加。這些額外的載流子是石墨烯無間隙特性的直接結(jié)果 - 在帶隙材料中,電子加熱不會導(dǎo)致額外的自由載流子。 |