高效宽波段可调太赫兹源

石墨烯让光电子可调 有望产生太赫兹到红外的光 =D4E
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因为基于硅和砷化镓半导体，标准晶体管和发光二极管（ LEDs ）有稳定的电子和光学特性。但加州大学伯克利分校的研究表明，石墨烯可以用来制造可调节光子和电子的设备，这是由于它的电子结构可以受电场的控制。据物理助教Feng Wang所言，这种特性在双分子层的石墨烯中得以预测，这首次证明，双分子层石墨烯显示有电场的可诱导性和广泛可调的能带隙。 v-)e
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    Wang教授说：“在材料科学方面，它的真正的突破是，第一次可以运用电场来关闭和打开能带隙。除了双层石墨烯，没有任何其他材料可以做到这一点。”他说：“通过调整双分子层石墨烯的能带隙可以把它从金属转变到半导体，因此双分子层石墨烯的一个平方毫米的单片内可能持有数以百万计的不同的可调电子装置，并且这些装置可随意改装。” ZjEO$ts=@  
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    Wang教授、博士后研究员Yuanbo Zhang、研究生Tsung-Ta Tang及加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室（ LBNL ）的同事们，于6月11日在《自然学报》上发表了他们的成果。 !o4xI?  
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结构材料工业公司(Structured Materials Industries,Inc.简称SMI)日前宣布其获得空军用以支持开发高效可调太赫兹源的Phase I STTR基金。 asW1GZO  
未来战场系统对光学部件提出了更高的要求，特别是高效高功率的太赫兹源和探测器。 缺乏足够强大、紧凑的在0.3到30THz波段的源和探测器，极大的限制了防御成像、国家安全以及医疗成像等应用的发展。在这项STTR计划中，我们的目的是开发一个全新的空前高效的可调太赫兹源。这项新技术是基于SMI同Wisconsin大学目前共同在研的一种新型材料。详细建模表明通过使用光子晶体结构，能够实现一种功率高效转换的宽波段可调源。 @U:T}5)wc  
计划的成功完成能够实现高效强大、紧凑的太赫兹源和探测器的突破，从炸药和隐藏武器检测等军事安全领域到通信学、波谱学以及更多的应用领域，都获得了强有力的支持。 %~ecrQ;  
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该小组还发现，可以改变石墨烯的另一个关键性能，即它的费米能量，也就是占电子能级中的最大能量，而电子能级可控制材料中电子的密度。 fu=}E5ScK  
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    “通过双分子层石墨烯顶部和底部的栅，可以独立控制半导体中的两个最重要的参数：你可以通过改变电子结构来连续的改变能带隙，以及通过改变费米能级而独立地控制电子掺杂量。”Wang教授说到。 4ij`  
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    由于目前设备中存在有电荷的杂质和缺陷，石墨烯的电子特性并不反映它的固有属性。相反，研究人员利用能带隙材料的光学性质：如果你正好将适当色彩的光照射在材料中，价电子吸收光而跃过能带隙。 @WEem(@  
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    就石墨烯而言，研究人员可产生出的最大能带隙是250 MeV（相较而言，半导体锗和硅分别有大约740和1200 MeV的能带隙）。把双分子层石墨烯置于由LBNL的先进光源（ALS）所产生的高强度红外光束中，在预测的能带隙能量上，研究人员看到了吸收带，从而确认其可调。 OqBw&zm  
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    由于在0到250 MeV的能带隙范围内可将石墨从金属到半导体进行连续的调整，研究人员设想把双分子层石墨的一个单片转变成一个动态的综合性的电子装置，在该电子装置的顶部和底部有数以百万计的栅。 yK?~XV:  
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    “你需要的仅仅是在所有的方位上有一堆的栅，可以改变任何位置而成为金属或半导体，也就是说，成为传导电子或是晶体管，”Zhang说。 “所以，基本上起初就不需要你建立任何电路，只要通过应用栅电压，你就可以实现你想要的任何电路。这使你有极大的灵活性。” hCT%1R}rKr  
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    Wang说，“这将是未来的梦想：根据光刻技术的应用，每个栅的尺寸可远小于1微米，从而可在双层石墨烯的1平方毫米的片上装有数以百万计的不同的电子设备。” bOck^1Hky  
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    Wang和Zhang也预见到光学的应用，因为0到250 MeV的能带隙意味着石墨烯发光二极管能发出任何远至中红外范围的频率。最终，它甚至可以用于激光材料，产生从太赫兹到红外的频率。 [l#WS  
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    “没有一个可调的光源，找到可在红外内产生光的材料将是很困难的。”Wang说。 X=\#n-*  
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