石墨烯陣列中的增強吸收研究新進展

　石墨烯作為一種新型二維材料，具有電導率可控、電子遷移率高和易于與其它光學器件集成的特點，近年來吸引了研究者的廣泛關注。在可見光波段，石墨烯具有飽和吸收特性，僅能吸收2.3%的入射光能，限制了其在光電子器件上的應用。
　　武漢光電國家實驗室超快光學團隊陸培祥教授、王兵教授、博士生柯少林等針對十字形石墨烯陣列結構進行了系統(tǒng)的數(shù)值模擬。研究表明，在紅外和太赫茲波段，陣列 結構中產(chǎn)生的表面等離激元共振可以有效地增強石墨烯對光的吸收。當十字形結構的臂寬增大時，即使石墨烯的占有率很低，也可以產(chǎn)生強烈的吸收。此外，增加石 墨烯化學勢和電子弛豫時間可以顯著地增強吸收。研究表明，如果采用互補結構，吸收將會得到進一步增強。利用多層結構還可實現(xiàn)雙峰吸收和寬帶吸收。該研究成 果系統(tǒng)展示了石墨烯周期微結構的光吸收增強及其可調特性，在太陽能電池、發(fā)射器、傳感器、空間光調制器等光電子器件中潛在的應用價值。
　　2015 年4月6日，光學期刊Optics Express （Vol.23， No.7， pp.8888-8900， 2015）發(fā)表了題為“十字形石墨烯陣列中的等離子體增強吸收研究”（Plasmonic absorption enhancement in periodic cross-shaped graphene arrays）的研究成果。該項研究得到了國家“973計劃”（No.2014CB921301）、國家自然科學基金（Nos.11304108和 11104095）、教育部高等學校博士學科點專項科研基金（No.20130142120091） 等項目的支持。
　　
　　圖1 十字形石墨烯陣列結構
　　
　　圖2 石墨烯陣列結構的吸收譜和電場（|E|）分布
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