碳纳米管“绒毯”在宽带偏振光探测中的应用

图片来源: X. He/Rice University.

最近,美国莱斯大学和桑迪亚国家实验室的研究人员利用“绒毯” 结构有序排列的碳纳米管阵列,研发出一种用以探测从可见到红外的宽带偏振光的固态电子器件

偏振光由相互垂直震荡的两束独立电磁波组成。普通光束经过反射形成偏振光。偏振太阳镜正是利用水面、玻璃或其他表面反射的光是偏振光这一原理来渐弱光强。

“偏振光的探测对人们来说非常的重要。”莱斯大学电子与计算机工程系和物理学与天文学系的教授Junichiro Kono介绍道:“许多动物和昆虫能够看到偏振光,并且利用偏振光进行导航、交流或其他活动。由于人眼无法直接识别偏振光,所以我们需要依赖探测器对其进行识别。”但是现有的大多数偏振光探测器无法对偏振光进行直接探测,需要在其前方放置光栅或者滤光器来辅助探测。“我们的光探测器克服了这一问题,它可以像动物和昆虫眼中的感光结构一样对偏振光进行直接探测。”该项研究的牵头人之一,桑迪亚国家实验的François Léonard教授强调道。

Kono、 Léonard两位教授以及他们的同事于今年二月研发出这种制作光探测器的新方法。这项光探测器的最新进展由美国能源部资助,来源于莱斯大学与桑迪亚国家实验室下属国家纳米能源研究所的合作项目。

该探测器的探测材料由“绒毯” 结构有序排列的全碳纳米管阵列构成。其中碳纳米管的宽度与DNA螺旋结构的宽度相当。这种应用于光探测器的碳纳米管阵列由莱斯大学化学学家Robert Hauge教授的实验室制备。该实验室曾开创了在平整表面生长高度密排纳米管的先河。在Robert Hauge教授的实验基础上,Kono教授的研究生Xiaowei He利用特氟龙薄膜压平高度密排的纳米管使其沿同一方向定向排列从而形成“碳管毯”。每个“碳管毯”由不同种类的纳米管组成,其中三分之二具有半导体性。由于每个不同的半导体性纳米管都与特定波长的光相互作用,所以由这种平整有序的“碳管毯”制成的光探测器可以对广谱光产生响应。这一特性在Kono教授研究小组之前工作中也有所体现。

在ACS Nano杂志报道的这项工作中,第一作者Xiaowei He利用化学掺杂的方法改变碳纳米管的电学性质,制备了两种类型了“碳管毯”。一种以空穴作为载流子(P型),一种以电子作为载流子(N型)。两种“碳管毯”相互交叠形成了P-N结(该光探测器的核心结构)这一微电子学的基础构件。

Xiaowei He补充说:“我们的这项工作提供了制造基于柔韧的或非平面表面的偏振光探测器的新方法。”

来源:Rice University / Jade Boyd

翻译:陈闽江