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  技术动态    
美、西联合开发出室温中红外石墨烯探测器
作者:cmh        来源:国防科技信息网 
日期:2018-10-07    阅读次数:145
副标题:

        据 许文琪 报道,物理学组织网站2018年9月19日讯,美国耶鲁大学与西班牙光子科学研究所联合开发出一种使用石墨烯材料探测中红外光并将其在室温下有效转化为电信号的器件。这是一突破有望实现更好的通信系统、热成像仪和其他技术。研究成果发表在《自然·杂志》。  
        8~14 微米的中红外光在热成像和显示分子特异性光谱信息方面非常有用。此外,这种辐射可以在空气中传播而没有明显损失,这表明它在自由空间通信和遥感方面具有巨大的潜力。然而,传统室温中红外探测器由于热容量大导致工作速度慢,使得散热缓慢。  
        新开发的石墨烯中红外探测器充分利用了高导电、原子级薄石墨烯的独特性质。石墨烯由单层碳原子构成,其等离子体激元是电子集体振荡形成的。  
        研究人员说:“石墨烯是一种可以将中红外光转换成等离子体激元,随后等离子体激元可以转化为热量的材料。石墨烯的真正独特之处在于等离子体激元衰变引起的电子温度升高远远高于其他材料。”  
        室温下,石墨烯电阻对温度非常不灵敏,因此,除极低温度外,很难对中红外光进行电探测,这意味着难以将石墨烯集成到可用设备中。为此,在这项工作中,研究人员开发了一种新器件, 其特点是通过准一维纳米带连接的石墨烯盘等离子体谐振器,可以有效检测室温中红外光。  
        研究人员说:“我们的器件具有人造纳米结构,可将光转换为等离子体激元,然后转化为电子热。器件电阻对温度升高非常灵敏。与石墨烯片不同,在窄石墨烯纳米带中,电子迁移强烈依赖于电子热能。”  
        更重要的是, 该器件对中红外辐射的响应非常迅速。“现有室温热传感器通常具有较大的热容量和精心设计的隔热结构。它们通常需要几毫秒的时间来加热。但对于石墨烯,可以是超快的——1纳秒,或仅十亿分之一秒。这使得石墨烯探测器非常适合于中红外高速自由空间通信应用,这是在室温下操作的传统微测辐射热计无法企及的。  
        该器件简单且可扩展。值得注意的是,器件尺寸甚至可以小于光波长。它为中红外光子学提供了许多新的机遇,例如,制备具有亚波长像素的高分辨率中红外相机,或者与光子集成电路集成,以在单个芯片上实现中红外光谱仪。
 

    
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