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一个原子厚度石墨烯首次发光:世界最薄的灯泡

ufo在线 科学探索 2019-09-18 19:57:16 106 0 标签1标签2
示意图:近期美韩两国的科学家成功实现了基于电偏压悬浮石墨烯材料的发光从悬浮石墨烯材料发出可见光的光学(左)和显微(右)图像近日一个由美国哥伦比亚大学

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  示意图:近期美韩两国的科学家成功实现了基于电偏压悬浮石墨烯材料的发光

  一个原子厚度石墨烯首次发光:世界最薄的灯泡  标签1 标签2 第2张

  从悬浮石墨烯材料发出可见光的光学(左)和显微(右)图像

  近日,一个由美国哥伦比亚大学,韩国首尔国立大学(SNU)以及韩国标准与科学研究院(KRISS)的研究人员组成的联合小组报告称他们首次实现了石墨烯发光。石墨烯仅有一个原子厚度,是碳的理想晶体形式。研究组再小片石墨烯连接到金属电极上,使其悬空于基底材料上方并加载一定的电流使其加热。有关这项研究的论文已经刊载于6月15日出版的《自然-纳米技术》杂志上。

  这一研究组的主要负责人之一,美国哥伦比亚大学机械工程系教授詹姆斯·霍恩(JamesHone)表示:“可以说我们制造出了世界上最薄的灯泡。这种新型‘宽带’光源可以被集成到硅芯片上,从而为实现原子厚度,可折叠且透明背景显示技术以及基于石墨烯的硅芯片光通讯技术铺平了道路。”

  在芯片表面的微小结构中实现发光可以最终通往完全整合的“光子电路”,从而用光来代替目前在半导体电路中使用的电流的角色。此前研究人员已经尝试过很多不同 的技术方案,但从未能够成功地将最为古老也最为简单的人工光源——白炽灯泡集成到芯片表面。原因很简单,白炽灯泡的灯丝必须具有极高的温度才能发光——可以达到上千摄氏度,只有达到这样的温度下它才能在可见光波段发光,但芯片结构中微观尺度下的金属丝是无论如何也无法承受这样的高温的。除此之外,从高温灯 丝向周围区域产生的热量传导是极其高效的,这将导致其周围区域的迅速升温,破坏芯片结构,因而在技术上几乎无法实现。

  通过测量石墨烯材料光源的光谱,研究组可以测算出其温度约为2500摄氏度左右,足以使其发出明亮的可见光。这项研究的第一作者,哥伦比亚大学霍恩教授小组的博士后金德勇(音译:YoungDuckKim)表示:“从这一单原子厚度的石墨烯材料发出的可见光强度很高,甚至不需要使用任何放大设备,直接用裸眼就能看到。”

  有趣的是,该光源的光谱显示其会在特定波段表现出峰值,研究组发现这是因为从石墨烯材料直接发出的光线与穿透石墨烯材料并被硅芯片表面反射的光线之间出现了 干涉现象。金指出:“之所以会如此,是因为石墨烯材料是透明的,这与任何传统上作为灯丝的材料都不同,这样我们就可以通过调节石墨烯材料与基底材料之间的间距来调节发射光谱类型。”

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