搜索热:2002 x ray
扫一扫 加微信
首页 > 科研探索 > 科学研究 > 消息正文
首页 > 科研探索 > 科学研究 > 消息正文
物理学家揭示太赫兹辐射导致石墨烯产生电流的机制
发布:lee_9124   时间:2018/5/30 21:21:05   阅读:121 
分享到新浪微博 分享到腾讯微博 分享到人人网 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter


石墨烯的光响应。图片来源:Lion_on_helium,MIPT

莫斯科物理技术学院(MIPT)及英国和俄罗斯的物理学家们共同揭示了在太赫兹辐射下导致石墨烯中光电流的机制。该论文发表于AppliedPhysicsLetters,结束了关于高频辐射照射下石墨烯中直流电起源的长期争论,也为开发高灵敏度太赫兹探测器奠定了基础。这种探测器可用于医疗诊断,无线通信和安全系统。

2005年,MIPT校友AndreGeim和KonstantinNovoselov通过实验研究了电子在石墨烯中的特性。他们发现石墨烯中的电子以量子能量响应电磁辐射,而普通半导体材料由于低于该能量阈值而根本不产生光响应。然而由于多种因素,辐射下石墨烯中电子的运动方向长期以来一直存在争议。在由太赫兹辐射引起的光电流的情况下,争议尤其严峻。

太赫兹辐射具有一些独特的性质。例如,它可以轻易地穿过许多电介质而不会使其电离,这在医疗诊断或安全系统等领域特别重要。太赫兹相机可以检测隐藏在衣服下的武器,医疗扫描仪可以通过检测太赫兹范围内特征生物分子的谱线(“指纹”)在早期阶段揭示皮肤疾病。最后,若将Wi-Fi设备的载波频率提高到到太赫兹范围内就可以按比例增加带宽。但所有这些应用都需要一个易于制造的灵敏、低噪声的太赫兹探测器。



图1基于石墨烯的太赫兹探测器的接线图

太赫兹波辐射到连接左端(源极)和顶端(栅极)的天线上,使得左右两端之间激励起了直流光电流(或连续的电压,取决于测量机制),通过该电流便可以测量辐射密度。

由MIPT,MSPU和曼彻斯特大学的研究人员设计的太赫兹探测器是将石墨烯片夹在氮化硼介质层之间并与尺寸约为1毫米的太赫兹天线耦合(图1和2中绿色部分)。当电磁波辐射到天线时,石墨烯的一侧产生电子,而在另一侧则会产生直流电。氮化硼封装可以使石墨烯实现创纪录的高电特性,使检测器具有更高的灵敏度。但是,这项研究的主要成果并不是性能更好的仪器,而是洞察光电流背后的物理机理。

石墨烯受太赫兹辐射产生电流主要有三种效应:第一是光热电效应,是由于天线端和感应端之间的温差引起的。电子从热的一端移动到冷的一端,就像空气从暖气片上升到冷天花板。第二是终端电流的整流,事实证明,石墨烯的边缘只能通过一定极性的高频信号。第三个也是最有趣的效果叫做等离子波整流。我们可以想象,天线终端在石墨烯内的“电子海洋”中激起“波浪”,而感应端记录与这些“波浪”相关的平均电流。

“之前对于探测器中的光电流产生机理的解释只包括了其中一种机制,并排除了其他的,”MIPT的DmitrySvintsov说,“实际上,三种效应都在发挥作用,我们的研究发现了不同效应占主导地位时所需的不同条件:热电效应在低温下占主导地位,而在高温和长通道仪器中普遍存在等离子体校正。更重要的是,我们知道了如何制造一种探测器,其不同的光响应机制不会相互抵消,而是相互加强。”



图2太赫兹探测器的工作区:绿带为石墨烯,金色通道通向天线和感应电流表。白色带长6微米。图片来源:Lion_on_helium,MIPT

这些实验将有助于太赫兹探测器的最佳设计以及危险物质远程检测设备的开发,安全医疗诊断和高速无线通信。


来源: 太赫兹世界
 
相关信息
   标题 相关频次
  “网状的碳”是更快DNA测序的关键
 1
 "它"号称能秒杀OLED?
 1
 #薄膜周报# NASA航天器的新型保温“外衣”
 1
 #薄膜周报#单层二维冰相变研究获进展
 1
 #薄膜周报#厚度低于10nm的尼龙(聚酰胺)滤膜
 1
 #电子材料#首次发现微磁区导电,有望扩展磁存储空间
 1
 #电子材料周报#超晶格设计实现多铁性特征
 1
 #电子材料周报#电子高速公路,想象你的电脑可以被卷起来
 1
 #电子材料周报#浸涂技术开发新型纤维状发光二极管
 1
 #电子材料周报#看电子如何在新材料中“旅行”
 1
 #电子材料周报#史无前例的超导石墨烯薄片
 1
 #电子材料周报#芯片超材料助力量子计算机发展
 1
 #电子材料周报#有望实现光通路的硅基超材料
 1
 #国内材料周报#可塑性可调石墨烯类突触器件的实现
 1
 #国内材料周报#首次实现石墨烯单核控制形核和快速生长
 1
 #国内材料周报#自旋量子通道转换“入住”石墨烯分子条带
 1
 #纳米周报# 刷新单分子二极管的最高纪录
 1
 #纳米周报#神奇!石墨烯竟然和大脑碰出“爱情火花”?
 1
 #纳米周报#石墨烯生产新方法,有望实现半价生产
 1
 #纳米周报#源头治理:从光源控制光噪
 1
 #新能源周报#3D打印、石墨烯、新能源三者合体
 1
 #新能源周报#为光伏产业带来革命的新型纳米太阳能电池
 1
 #一周国内材料科研#济南大学研究出用于测定胰岛素的新型生物传感器
 1
 “白色石墨烯”可大幅提升陶瓷材料性能
 1
 “白石墨烯”与石墨烯配对制备超薄电子器件的新方法
 1
 “氮掺杂石墨烯量子点”可将二氧化碳转成液态燃料
 1
 “钢筋石墨烯”—— 100倍于钢材强度的超级材料面世
 1
 “石墨烯之父”又发现超级材料:或是半导体的未来
 1
 “新材料十三五规划”引爆石墨烯基防腐涂料产业
 1
 “新材料之王”强悍登场!华为推耐高温石墨烯基锂电池
 1
 “新材料之王”石墨烯为什么在国内沦落为“工业味精”
 1
 “新材料之王”石墨烯研究获重大突破 将用于电网防腐抗冰
 1
 “褶皱”设计助力表面增强拉曼光谱的灵敏度
 1
 “织纹”结构金属氧化物纳米薄膜问世
 1
 ”缺陷”石墨烯造就超高效燃料电池
 1
 《ACS Nano》超硬耐磨自修复石墨烯涂层
 1
 《Science》重磅!在室温下观察到电子在石墨烯表面“冲浪”!
 1
 《自然》《科学》一周(10.12-10.18)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(10.19-10.25)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(11.02-11.08)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(11.30-12.06)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(2.5-2.11)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(4.17-4.23)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(4.20-4.26)材料科学前沿要闻一览
 1
 《自然》《科学》一周(4.27-5.3)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(4.9-4.15)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(5.15-5.21)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(5.28-6.3)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(5.4-5.10)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》《科学》一周(5.7-5.13)材料科学前沿要闻
 1