一個研究小組開發了一種裝置，可以利用石墨烯材料來檢測中紅外光，並在室溫下有效地將其轉換成電信號。這是一個突破，可能會帶來更好的通信系統，熱成像儀以及其他技術。
這項研究發表在《自然材料》雜誌上，這項成果是工程與科學副教授Fengnian Xia, Barton L. Weller的實驗室和西班牙光子科學研究所（ICFO）F. Javier Garcia de Abajo實驗室之間合作完成的。
8至14微米的中紅外輻射在熱成像和揭示分子特異性光譜信息方面非常有用。此外，這種輻射可以在空氣中傳播而不會出現損失，表明它在自由空間通信和遙感方面存在巨大潛力。然而，傳統室溫中紅外探測器由於熱容量大，導致散熱時間非常長。
本研究中所展示的裝置利用了高導電石墨烯（單層碳原子）及其等離子體（集體電子振盪的量子）的獨特性質。
“石墨烯可以把中紅外光轉換成等離子體，然後等離子體可以轉化為熱量，” Xia實驗室的博士生Qiushi Guo說，他是這項研究的第一作者。石墨烯真正的獨特之處在於，由等離子衰變引起的電子升溫遠高於其它材料。”
石墨烯的電阻對室溫下的溫度不敏感，因此，除了極冷的溫度之外，很難用電檢測中紅外光，這意味著它不能集成到可用的設備中。為此，研究人員開發了一種新裝置，這種裝置的特徵是石墨烯圓盤等離子體諧振器通過準一維納米帶連接。它能有效地檢測室溫下的中紅外光。
Guo說：“我們的裝置擁有人造納米結構，可以把光轉換成等離子體，然後變成電子熱。”同時它的電阻也對溫度上升非常敏感。與石墨烯片中的不同，在窄的石墨烯納米帶中，電子傳輸強烈依賴於電子的熱能。
Guo說，更重要的是，這個裝置對中紅外輻射反應非常迅速。現有的室溫熱傳感器一般具有大的比熱容和良好設計的絕熱結構。它們通常需要毫秒的時間來加熱。但對於石墨烯，它可以超過1納秒，或者僅僅10億分之一秒。”這使得石墨烯探測器非常適合在中紅外高速自由空間進行通信應用，這超出了在室溫下工作的傳統微測輻射熱計的範圍。
這個設備結構簡單、可擴展。值得注意的是，設備的覆蓋區甚至比光的波長還要小。它為中紅外光子學提供了許多新的機會，例如，構建具有亞波長像素的高分辨率中紅外相機，或者集成在光子集成電路上，以便在單個芯片上實現中紅外光譜儀。
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