研究人員開發(fā)了一種能在室溫下工作的石墨烯中紅外探測器

一組研究人員開發(fā)出一種器件，這種器件利用石墨烯材料探測中紅外線，并在室溫下有效地將其轉(zhuǎn)換為電信號。這是一項突破，可以帶來更好的通信系統(tǒng)、熱成像儀和其他技術(shù)。 pgI^4h  
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該研究發(fā)表在Nature Materials（“Efficient electrical detection of mid-infrared graphene plasmons at room temperature”）上，是由工程與科學(xué)Barton L. Weller副教授Fengnian Xia的實驗室和西班牙光子科學(xué)研究所（ICFO）的F. Javier Garcia de Abajo合作完成的。 VEqS;~[  
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8至14微米的中紅外輻射在熱成像和揭示分子特異性光譜信息方面非常有用。此外，這種輻射可以在空氣中傳播而沒有明顯的損失，這表明它在自由空間通信和遙感方面具有巨大的潛力。然而，傳統(tǒng)的室溫中紅外-紅外探測器由于熱容量大而非常慢，導(dǎo)致散熱時間很長。 7=TF.TW)  
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這項研究中展示的器件充分利用了高導(dǎo)電、原子級薄的石墨烯的獨特性質(zhì)，石墨烯是單層碳原子，其等離子體是一種集體電子振蕩。 )Ch2E|C?=8  
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“石墨烯是一種可以將中紅外光轉(zhuǎn)換成等離子體，隨后等離子體可以轉(zhuǎn)化為熱量的材料，”Qiushi Guo博士說，他是Xia的實驗室學(xué)生和該研究的第一作者�！笆�墨烯的真正獨特之處在于等離子體衰變引起的電子溫度升高遠遠高于其他材料” wVicyiY]  
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石墨烯的電阻對室溫下的溫度非常不敏感，因此，除極冷的溫度外，很難對中紅外線進行電子探測，這意味著它無法集成到可用的設(shè)備中。為此，在這項工作中，研究人員開發(fā)了一種新設(shè)備，其特點是通過準一維納米帶連接的石墨烯盤等離子體共振器。這樣可以有效地檢測室溫下的中紅外線。
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“我們的器件具有人造納米結(jié)構(gòu)，可將光轉(zhuǎn)換為等離子體，然后轉(zhuǎn)化為電子熱能，” Guo說。“它的電阻對溫度升高也非常敏感。與石墨烯薄片不同，在窄石墨烯納米帶中，電子傳輸很大程度依賴于電子的熱能�！� xLNtIzx  
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更重要的是，Guo說，該器件對中紅外輻射的響應(yīng)非常迅速�！艾F(xiàn)有的室溫熱傳感器通常具有大的熱容量和精心設(shè)計的隔熱結(jié)構(gòu)。它們通常需要幾毫秒才能升溫。但對于石墨烯來說，它可以是超快的 – 僅僅一納秒，或者只有十億分之一秒�！� VY;{/.Sa  
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這使得石墨烯探測器非常適合于中紅外的高速自由空間通信應(yīng)用，這是在室溫下操作的傳統(tǒng)微測輻射熱計無法企及的。 hyCh9YOu)  
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該器件簡單且可伸縮。值得注意的是，器件占位面積甚至可以小于光的波長�！八鼮橹屑t外光子學(xué)提供了許多新的機會，”Xia說。“例如，建造具有亞波長像素的高分辨率中紅外相機，或者將其集成在光子集成電路上，以便在單個芯片上實現(xiàn)中紅外光譜儀�！� )}D'<^=#T  
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原文鏈接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=51096.php（實驗幫譯）