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石墨烯掺杂金属聚光能力提高20倍  

2012-06-13 08:25:43|  分类: 碳材料研究 |  标签: |举报 |字号 订阅

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石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的二维晶体,只有一层碳原子的厚度,是迄今最薄也最坚硬的材料,其导电、导热性能超强,远远超过硅和其他传统的半导体材料。很多科学家认为,石墨烯或能取代硅成为未来的电子元件材料,广泛应用于超级计算机、触摸屏和光子传感器等多个领域

2010年,英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃谢洛夫因在石墨烯研究领域的突出贡献而荣膺诺贝尔奖。现在,他们和剑桥大学科学家做出了这项最新发现,为提高互联网和其他通讯设施的速度铺平了道路。
此前科学家们就发现,将两根紧密排列的金属丝放在石墨烯上方,用光照射于其上会产生电力,这个简单的设备其实是一个基本的太阳能电池。更重要的是,因为石墨烯内的电子拥有高流动性和高速度等独特属性,石墨烯设备处理数据的速度可能是目前最快的互联网光缆的几十倍甚至几百倍。
然而,迄今为止,这些极富应用潜力的设备在实用过程中一直遭遇聚光效率低下这一瓶颈,石墨烯只能吸收照射于其上的3%的光线来产生电力,其余光线全成了“漏网之鱼”。
现在,科学家通过将石墨烯和纳米金属结构耦合在一起,并将金属结构采用特殊的排列方法置于石墨烯上解决了这个问题。这种所谓的等离子体纳米结构显著增强了能被石墨烯感应的光电场,并能有效地将光集中在石墨烯上,将石墨烯的聚光性能提高了20倍,而且其数据处理速度没有受到丝毫影响。
该研究团队的主要成员、等离子体专家亚历山大·格里高仁科表示,石墨烯似乎是等离子体的天然伙伴,他们希望等离子体纳米结构能改进石墨烯设备的性能,现在他们不仅做到了,而且结果超乎想象,其聚光效率还可进一步提高。
该研究的另一名参与者、剑桥大学工程系科学家安德鲁·法拉利表示:“迄今为止,石墨烯的主要研究领域一直集中于基础物理学和电子学。最新研究表明,石墨烯在光子学和光电子学领域也有重要的应用潜力,可用于制造太阳能电池和光敏器等多种有用设备。”

T.J. Echtermeyer, L. Britnell, P.K. Jasnos, A. Lombardo, R.V. Gorbachev, A.N. Grigorenko, A.K. Geim, A.C. Ferrari & K.S. Novoselov. Strong plasmonic enhancement of photovoltage in grapheme [J]. Nature Communications, 2011, 2:458. DOI: 10.1038/ncomms1464

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