实验实现单层石墨烯结构对通讯波段光大于99%的吸收

石墨烯作为一种新型二维材料,具有非常优异的光学与光电子学性能,石墨烯具有超宽的光谱响应范围,可以实现从紫外到太赫兹波段的全光谱响应;同时石墨烯具有超高的载流子迁移率和超快的光响应速度,因此石墨烯是一种理想的光电材料。但悬空的单层石墨烯对空间入射光的吸收率只有2.3%,这极大限制了石墨烯在光电领域的应用。目前,增强石墨烯光吸收率是研究的热点,也是石墨烯在光电领域实现实用化所亟需解决的问题。

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近日,国防科学技术大学秦石乔教授研究团队(第一作者为郭楚才博士)实验实现了单层石墨烯结构对通讯波段光大于99%的吸收(最高吸收率为99.6%,其中石墨烯的吸收约90%),直接验证了单层石墨烯结构在光学波段的完美吸收。他们所研制的结构由PMMA光栅、单层石墨烯、二氧化硅层以及金反射层组成,结构总厚度小于1微米。该结构支持多个本征模式,在共振条件下外部入射光可以激励结构中的模式,此时如果模式向外辐射能量的速度与石墨烯等材料吸收能量的速度相同,则结构可以实现对外部入射光的完全吸收。该结构制备容差大、结构简单紧凑、吸收率高、工作波长可控,在基于石墨烯及其它二维材料的高开关比光调制器及高响应度光电探测器等高性能光电子器件中有很好的应用前景。相关论文在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201600481)上。

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