石墨烯闪光带来超高速互联网


  《自然?通讯》(Nature Communications)杂志上有一篇文章,写的是曼彻斯特大学(University of Manchester)和剑桥大学(Universities of Manchester)之间的一项合作,其中包括获得诺贝尔奖的科学家安德烈?盖姆(Andre Geim)教授和科斯提亚?诺沃谢洛夫(Kostya Novoselov)教授,他们发现了一种关键成分,可以提高石墨烯设备的特性,作为光电探测器,用于未来高速光通信。

  结合石墨烯与金属纳米结构,他们证明,可以使石墨烯光线利用提高20倍,这就为发展高速互联网和其他通讯铺平了道路。

  把两根紧密排列的金属丝放在石墨烯上,用光线照射这种结构,研究人员先前就发现,这样可以产生电力。这个简单的设备就构成了一种基本的太阳能电池。

  更重要的应用是,这样的石墨烯设备,速度快得令人难以置信,比最快的网络电缆还快数十倍,而且可能快百倍,这是由于石墨烯中电子的独特性质,它们高度的流动性和高速度。

  迄今为止,对于这些非常有前途的设备而言,走向实际应用的主要障碍是它们的低效率。问题是,石墨烯这种世界上最薄的材料,吸收的光很少,大约只有3%,其余的光线都透过去,不会产生电力。

  曼彻斯特大学的研究人员已经解决了这个问题,他们使石墨烯与微小的金属结构相结合,以特殊方式安排在是石墨烯上。

  这些所谓的等离子纳米结构,大大增强了石墨烯光电场,有效地把光线集中在单原子厚的碳层中。

  利用等离子增强,石墨烯光线利用性能被提高了二十倍,而且不牺牲任何速度。未来的效率可以进一步提高。

  亚历山大·隔离高楞克(Alexander Grigorenko)博士是等离子专家,也是团队的领导成员,他说:“石墨烯似乎是等离子的天然伴随物。我们预计,那种等离子纳米结构可以提高石墨烯为基础的设备的效率,但令人惊喜的是,提高幅度会如此大。”

  诺沃谢洛夫教授补充说:“石墨生产技术一天天成熟,这会产生一种直接影响,既会影响我们在这种材料中发现的令人兴奋的物理学,也会影响潜在应用的可行性和范围。

  “许多领先的电子公司考虑把石墨烯用于下一代设备。这项工作肯定更进一步增加了石墨烯的机会。”

  安德烈?法拉利(Andrea Ferrari)是剑桥大学工程系教授,他领导着剑桥大学的协作研究,他说:“迄今为止,石墨烯研究的主要重点一直是基础物理学和电子设备。”

  “这些结果表明,石墨烯在光子学和光电子学领域有巨大的潜力,在这一领域,使它独特的光学和电子属性结合等离子纳米结构,就可以充分利用,即使没有带隙(bandgap),也可适用于各种有用的设备,如用作太阳能电池和光电探测器。”

  石墨烯是一种新型的二维材料,可被看作排列成六角形晶格的单层碳原子。

  这是一种神奇的材料,拥有大量独特的性能,目前在许多新技术中都受到关注。

  这种世界最薄的材料是2004年在曼彻斯特大学发现的,被授予2010年诺贝尔物理学奖,获奖者是盖姆和诺沃谢洛夫,奖励他们“对这种二维材料石墨烯的开创性实验”。