苏州大学李孝峰NanoEnergy:光子表面波促进单层石墨烯的红外完美吸收
作者:爱游戏体育app 发布时间:2022-12-13 22:38
本文摘要:章节近年来,石墨烯由于其独有的物理、光电和机械优势,在光子,光电子及涉及领域受到普遍注目,例如:光电切换/观测领域。然而,石墨烯的较低吸取,尤其是单层或少数层石墨烯,依然是容许石墨烯恩光电子系统性能的关键因素之一。单层石墨烯的吸收率仅有为2.3%;对于强光太阳光,由于导带被填充(价带被继续做),带间光子被切断,石墨烯光吸收超过饱和状态。 因此,提升石墨烯吸收率是其广泛应用的先决条件。

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章节近年来,石墨烯由于其独有的物理、光电和机械优势,在光子,光电子及涉及领域受到普遍注目,例如:光电切换/观测领域。然而,石墨烯的较低吸取,尤其是单层或少数层石墨烯,依然是容许石墨烯恩光电子系统性能的关键因素之一。单层石墨烯的吸收率仅有为2.3%;对于强光太阳光,由于导带被填充(价带被继续做),带间光子被切断,石墨烯光吸收超过饱和状态。

因此,提升石墨烯吸收率是其广泛应用的先决条件。另外,石墨烯可唤起本征表面等离子体激元(SPPs),比起于金属SPPs,其享有更高的电磁场局域,更长的极化激元寿命以及可回声的等离子体色散关系。基于石墨烯本征SPPs的光电探测器可以使光电流强化一个数量级。值得注意的是,针对石墨烯材料的陷光结构大部分基于简单的纳米结构,还包括超强材料、由几十对介质膜层构成的微腔结构或利用纳米图案化金属体系唤起SPPs。

此外,金属的不存在经常造成较高的宿主吸取,更进一步容许了石墨烯的吸取。因此,石墨烯光电应用于迫切需要结构非常简单且不易制作的吸取强化方案,以增进其发展。成果概述近日,苏州大学李孝峰(通讯作者)课题组在NanoEnergy上公开发表了为题“Photonicsurfacewavesenabledperfectinfraredabsorptionbymonolayergraphene”的文章。

研究团队明确提出了基于显介质平面系统的光子表面波辅助强化石墨烯光吸收,通过7层介质薄膜及耦合棱镜唤起布洛赫表面波(BSW)并产生电场强化,构建了厚度大约为0.34nm的单层石墨烯在红外波段的几乎光吸收(1310nm,工作波长可通过结构参数调节)。在详尽研究BSW唤起条件的基础上,找到基于非周期结构的广义表面波也可以构建石墨烯极致吸取。平面显介质表面波系统为低成本和高性能的二维器件应用于获取了有价值的方案。

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图文简介图1布洛赫面波的色散曲线和电场、磁场切向分量的产于(a)布洛赫面波的色散曲线(红线)。灰色(白色)区域回应理想光子晶体的允带(禁带);(b)1.31μm入射波宽、45°入射角下,BSW器件的电场和磁场切向分量产于,即|Ey|(红线)和|Hx|(蓝线)。图2BSW辅助的石墨烯极致吸收器(a)BSW辅助的石墨烯极致吸收体(B-SGPA)示意图;(b)45°入射角下B-SGPA的光线,入射和吸收光谱;(c)电场和磁场切向分量的产于;(d)器件吸取随入射角和波长的变化。

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图3B-SGPA导纳轨迹向前(a)和向后(c)光学传输矩阵法计算出来获得的导纳轨迹。其中插画是缩放视图,适当的图层编号闻图2a;其中,红色实线、黑色实线和灰色虚线分别对应缺失层、光子晶体MgF2层和光子晶体TiO2层内的导纳变化。从导纳轨迹萃取的层与层之间界面处的导纳实部(b)和虚部(d)。

图4结构及材料参数对石墨烯吸取的影响(a)光子晶体对数Npair、(b)缺失层厚度ddefect、(c)TiO2层厚度dTiO2、(d)MgF2层厚度dMgF2和(e)石墨烯费米能级EF对吸收率的影响;(f)势垒模型示意图。图5通过掌控缺失层和PC层的厚度,构建B-SGPA导纳给定图6表面波辅助石墨烯极致吸收器(SGPA)(a)SGPA的导纳图;(b)电场和磁场切向分量的产于;(c)入射角为45°时SGPA的吸收光谱;图7B-SGPA的生产程序小结该设计从表面波的光学基础、传输矩阵计算出来、导纳轨迹掌控、器件吸取性能到拓展器件设计渐渐了解。用于导纳图/给定以及虚拟世界腔和势垒模型说明了BSW的物理和唤起。BSW系统具备高度可调性,可只能掌控石墨烯吸收率及B-SGPA工作波长。

此外,通过转变导纳轨迹并调整器件参数,该研究明确提出B-SGPA的导纳设计方案,需要更为灵活性地构建导纳给定,从而可以使用非周期系统唤起一般的表面电磁波,并构建石墨烯极致吸取。这项研究获取了一个全新的石墨烯吸取强化方案,通过用于非常简单的薄膜系统,而不是金属或简单的纳米结构系统,构建极高的光学性能。

基于表面电磁波的石墨烯极致吸收器不仅有助减少生产成本,且享有与现有光电系统更佳的兼容性;B-SGPA的窄带和低吸取号召也可应用于高效的光电切换器件和超强灵敏传感器中。


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