研究人员开发了一种能在室温下工作的石墨烯中红外探测器

一组研究人员开发出一种器件，这种器件利用石墨烯材料探测中红外线，并在室温下有效地将其转换为电信号。这是一项突破，可以带来更好的通信系统、热成像仪和其他技术。 !fjB oK+  
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该研究发表在Nature Materials（“Efficient electrical detection of mid-infrared graphene plasmons at room temperature”）上，是由工程与科学Barton L. Weller副教授Fengnian Xia的实验室和西班牙光子科学研究所（ICFO）的F. Javier Garcia de Abajo合作完成的。 D_`NCnYG  
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8至14微米的中红外辐射在热成像和揭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的损失，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，传统的室温中红外-红外探测器由于热容量大而非常慢，导致散热时间很长。 Pw5[X5.DX  
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这项研究中展示的器件充分利用了高导电、原子级薄的石墨烯的独特性质，石墨烯是单层碳原子，其等离子体是一种集体电子振荡。 $+$l?2  
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“石墨烯是一种可以将中红外光转换成等离子体，随后等离子体可以转化为热量的材料，”Qiushi Guo博士说，他是Xia的实验室学生和该研究的第一作者。“石墨烯的真正独特之处在于等离子体衰变引起的电子温度升高远远高于其他材料” b[:{\!I  
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石墨烯的电阻对室温下的温度非常不敏感，因此，除极冷的温度外，很难对中红外线进行电子探测，这意味着它无法集成到可用的设备中。为此，在这项工作中，研究人员开发了一种新设备，其特点是通过准一维纳米带连接的石墨烯盘等离子体共振器。这样可以有效地检测室温下的中红外线。 !%.=35NS@E  
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“我们的器件具有人造纳米结构，可将光转换为等离子体，然后转化为电子热能，” Guo说。“它的电阻对温度升高也非常敏感。与石墨烯薄片不同，在窄石墨烯纳米带中，电子传输很大程度依赖于电子的热能。” RaP,dR+P  
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更重要的是，Guo说，该器件对中红外辐射的响应非常迅速。“现有的室温热传感器通常具有大的热容量和精心设计的隔热结构。它们通常需要几毫秒才能升温。但对于石墨烯来说，它可以是超快的 – 仅仅一纳秒，或者只有十亿分之一秒。” ?nq%'<^^  
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这使得石墨烯探测器非常适合于中红外的高速自由空间通信应用，这是在室温下操作的传统微测辐射热计无法企及的。  T;V!>W37  
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该器件简单且可伸缩。值得注意的是，器件占位面积甚至可以小于光的波长。“它为中红外光子学提供了许多新的机会，”Xia说。“例如，建造具有亚波长像素的高分辨率中红外相机，或者将其集成在光子集成电路上，以便在单个芯片上实现中红外光谱仪。” Wrh$`JC  
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原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=51096.php（实验帮译）