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控制石墨烯的弛豫時間,實現(xiàn)研究超導體的先進技術(shù)
發(fā)布時間:2022-03-21 來源:https://www.xianjichina.com/special/detail_506754.html 賢集網(wǎng) 訪問量:
石墨烯是有史以來最薄的材料,只有一個原子層的厚度。它比十億分之一米薄,能夠通過其電荷載流子的光激發(fā)有效地吸收從可見光到紅外線的光。光吸收后,其光激發(fā)電荷載流子在幾皮秒內(nèi)冷卻到初始平衡狀態(tài),相當于百萬分之一秒。這種弛豫過程的驚人速度使石墨烯

      石墨烯是有史以來最薄的材料,只有一個原子層的厚度。它比十億分之一米薄,能夠通過其電荷載流子的光激發(fā)有效地吸收從可見光到紅外線的光。光吸收后,其光激發(fā)電荷載流子在幾皮秒內(nèi)冷卻到初始平衡狀態(tài),相當于百萬分之一秒。這種弛豫過程的驚人速度使石墨烯在許多技術(shù)應(yīng)用中特別有前途,包括光探測器、光源和調(diào)制器。

控制石墨烯的弛豫時間,實現(xiàn)研究超導體的先進技術(shù)(圖1)

石墨烯電荷載流子位于由狄拉克錐表示的不同能級上,根據(jù)電荷載流子的數(shù)量,這些電荷載流子被占據(jù)到中性點(左錐上的藍色能級)或完全進入導帶(藍色能級在右錐)。在這兩種情況下,光激發(fā)的電荷載流子以更快(左側(cè))或更慢(右側(cè))的動力學弛豫。來源:米蘭理工大學-CNR

最近發(fā)表在ACS Nano上的一項研究表明,通過施加外部電場可以顯著改變石墨烯電荷載流子的弛豫時間。該研究是在CNR-IFN、米蘭理工大學、比薩大學、劍橋石墨烯中心(英國)和巴塞羅那(西班牙)的 ICN2 之間的國際合作中構(gòu)思的。

該工作的第一作者Eva Pogna 說,我們觀察到的石墨烯中電荷載流子弛豫時間的變化,證明了對晶體光學響應(yīng)的前所未有的控制水平,并允許使用單一材料獲得各種各樣的行為。

這項工作為開發(fā)利用電荷載流子的弛豫時間控制以支持新功能的設(shè)備鋪平了道路。例如,如果將石墨烯用作激光腔中的可飽和吸收體以產(chǎn)生超短光脈沖,通過改變電荷載流子的弛豫時間,我們可以控制輸出脈沖的持續(xù)時間。

控制石墨烯的弛豫時間,實現(xiàn)研究超導體的先進技術(shù)(圖2)

我們用于研究石墨烯的特定設(shè)備被證明對于觀察其光學特性與外部電場的強可調(diào)性至關(guān)重要,它允許通過利用離子液體門控在寬范圍內(nèi)改變電荷載流子的數(shù)量,這是一種用于研究超導體的最先進技術(shù)。劍橋石墨烯中心主任 Andrea Ferrari 解釋道。

已經(jīng)通過超快光譜學研究了基于石墨烯的器件,這允許監(jiān)測電荷載流子的弛豫時間的變化。

這項工作代表了長期研究合作的最新進展,該合作致力于研究石墨烯中的超快載流子動力學,旨在探索這種迷人材料的巨大潛力。超快動力學負責 Klaas-Jan Tielrooij 補充道在 ICN2 的納米系統(tǒng)組。

這一發(fā)現(xiàn)對許多技術(shù)應(yīng)用都很感興趣,從光子學、脈沖激光源或防止光學元件損壞的光學限制器到電信、超快探測器和調(diào)制器。米蘭理工大學物理學系教授Giulio Cerullo 總結(jié)道。