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麻省理工发现石墨烯可将电转化为光

作者:    浏览次数:1192    发布日期:2016-07-06

麻省理工学院的研究人员发现在石墨烯中,光通过的速度变慢到和流动的电子速度相仿,这导致了如“音爆”现象一样的“光爆”现象,成为一种新的将电能转化为光的方法。该方法有望用于制造光学电路核心芯片上,推动计算机运行速度的大幅度提升。

当飞机的移动速度超过声速时,就会生成一个冲击波,产生著名的“爆炸”声。现在,麻省理工学院的研究人员和其合作伙伴,发现了在石墨烯中存在着一个类似过程。流动的电流在某些情况下,其速度可以超过放缓速度的光,产生光学“爆炸”,从而形成一种强烈聚焦光束。

麻省理工学院的研究人员介绍说,这种全新将电能转化为可见光的方法,具有高度可控、快速、高效等优点,具有很多的潜在应用。该研究工作被报道在近期的《自然通讯》杂志上,由麻省理工物理系教授Marin Soljačić及其他科研人员联合完成。

这个发现来自于一个有趣的现象。研究人员发现,当光照射到单层石墨烯时候,它可以减缓数百倍。放缓速度的光子(光的粒子)移动通过单层石墨烯时,非常接近于电子通过相同材料的速度。换句话说,在单层石墨烯中电子通过的速度非常快,每秒一百万米,约为真空光速的1/300。这意味着这两个速度足够的相近,两种粒子可能发生显著的相互作用,如果材料可以调节到该速度实现匹配。石墨烯这种捕获光的能力,被研究人员称之为“表面等离子体模式”。 

这种混合的属性——减慢光并允许电子快速移动——是石墨烯的一个与众不同的特征。这显示出可以利用石墨烯来制造一种可能的内在效应:产生光替代捕捉光。研究小组的理论研究表明,这可以创造一种新方式来产生光。这种转换成为可能的原因是,电子在石墨烯中的速度接近光速打破了“光屏障。”正如打破“音障”时会产生声音的冲击波,在石墨烯中,这将导致光的冲击波,在两维层面上。

现在已经有许多不同的方法,将电能转化为光——从钨加热丝,托马斯•爱迪生在一个多世纪前实现的;到荧光管、发光二极管(LED)、它们组成的显示屏,以及家庭照明。但是这个新的等离子体基的发光方法可能最终成为其中一种更高效、更紧凑、更快、更可调节的方式,对于一些特定应用来说。

最重要是,这是一种高效、可控的等离子体产生方式,与当前微芯片技术兼容。这种石墨烯基的系统可能成为创建新的光学电路的核心芯片,这被认为是计算机技术进化的一个主要新方向,向更小和更高效器件发展。

该研究项目由美国陆军研究实验室和美国陆军研究办公室支持,通过麻省理工学院的士兵纳米技术研究所。