“器件”科学家用悬空石墨烯实现高性能光学等离激元模式石墨烯等离激元性能数量级提升

时间：2022-10-08 16:41:07来源：化工仪器网

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光电子器件是指利用电-光子转换效应制成的各种功能器件。光电子器件是光电子技术的关键和核心部件，是现代光电技术与微电子技术的前沿研究领域，是信息技术的重要组成部分。光电子器件应用范围十分广阔，如家用摄像机、手机相机、指纹探测、导弹探测、医学检测和透视等等均可用到光电子器件。

通过微光学机械电子技术的集成工艺，光电子器件的体积越来越小，集成度越来越高，各种新型固体成像器件不断被开发成功，光电子器件利用电运算、光传输，信息处理能力得到大幅提升。然而，想要将微纳尺度的光电结合，却没那么简单。

近日，国家纳米科学中心研究员戴庆团队采用新颖方法成功“悬空”石墨烯，通过获得高质量的纯净“等离激元” 为实现纳米级的光电互联提供了新的结构基础。相关论文于3月18日在《自然-通讯》( nature communications )在线发表。

作为下一代光电子器件发展方向，微纳光电子器件由于光的“衍射极限”正面临着发展瓶颈。为寻求突破，科学家提出利用等离激元效应作为桥梁实现光电互联，一旦实现可以使器件性能实现数量级提升。自2011年首次实验观测以来，由于优异的电学性质，单原子层结构的石墨烯支持的等离激元正在成为研究热点。但单原子层的石墨烯还需要支撑基底才能进行实验。而衬底又会带来带来诸如包括介电损耗、声子杂化和杂质散射等问题。

国家纳米科学中心研究员戴庆团队与国内外多个研究小组合作，在以往研究的基础上进一步成功在悬空石墨烯结构获得高质量的本征等离激元，彻底解决基底引入的额外损耗和限制调控等问题。

研究结果证实，悬空石墨烯提供了特殊的不受干扰的等离激元环境。两项代表等离激元性能的数据“高品质因子”和“长传输距离”分别达到33、大于3微米，是迄今为止室温下等离激元的最高记录，达到同等条件下氧化硅基底上石墨烯等离激元性能一个数量级以上的提升。此外，悬空高度还可以作为一种全新的等离激元调谐手段，研究团队利用这个新的调控优势，开发了一种新型等离激元开关器件。

参考资料来源：中国科学报

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