背景

太赫茲技術(shù)，是目前受到世界各國(guó)科學(xué)家廣泛關(guān)注的前沿科技領(lǐng)域之一。太赫茲波，是指頻率范圍在100GHz到10THz之間，波長(zhǎng)介于微波和紅外線之間的電磁波，對(duì)于人眼來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的。

太赫茲波具有穿透性強(qiáng)、安全性高、定向性好、帶寬高、時(shí)間與空間分辨率高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此，太赫茲技術(shù)可應(yīng)用于成像、存儲(chǔ)、通信、特種、電子對(duì)抗、電磁武器、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)、安全檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。

可是，目前的太赫茲輻射探測(cè)器卻受到了非常強(qiáng)的限制，這些限制表現(xiàn)在需要同時(shí)滿足靈敏度、速度、頻譜范圍、以及能在室溫條件下運(yùn)作等條件。太赫茲光波是一種非常安全的輻射，因?yàn)槠涔庾幽芰康停芰坎蛔憧梢?jiàn)光范圍的光子的百分之一。

作為一種可檢測(cè)光線的材料，石墨烯有望為我們帶來(lái)許多新應(yīng)用。

相比于光電探測(cè)器所用的標(biāo)準(zhǔn)材料例如硅，石墨烯的特殊之處在于沒(méi)有帶隙。硅中的帶隙使得波長(zhǎng)長(zhǎng)于一微米的入射光無(wú)法被吸收，從而也無(wú)法檢測(cè)到。相比而言，對(duì)于石墨烯來(lái)說(shuō)，即使波長(zhǎng)為數(shù)百微米的太赫茲光波也可以被吸收和檢測(cè)到。

雖然石墨烯基太赫茲探測(cè)器目前為止表現(xiàn)出了非常有前景的成果，但是這些探測(cè)器目前為止都無(wú)法在速度和靈敏度方面打敗市場(chǎng)上可買到的探測(cè)器。

創(chuàng)新

在最近的一項(xiàng)研究中，西班牙光子科學(xué)研究所（ICFO）的研究人員塞巴斯蒂安·卡斯蒂利亞（SebastianCastilla）、伯納特·特雷斯（BernatTerres）博士，在ICFO教授弗蘭克·庫(kù)本思（FrankKoppens）和前ICFO科學(xué)家克拉斯-揚(yáng)·迪爾羅伊基（Klaas-JanTielrooij）博士（目前是ICN2的初級(jí)組長(zhǎng)）領(lǐng)導(dǎo)下，與西班牙CICNanoGUNE研究中心、意大利NEST(CNR)、中國(guó)南京大學(xué)、西班牙Donostia國(guó)際物理中心、希臘約阿尼納大學(xué)、日本國(guó)立材料研究所展開(kāi)合作，已經(jīng)能夠戰(zhàn)勝這些挑戰(zhàn)。

他們開(kāi)發(fā)出一種新型石墨烯使能的光電探測(cè)器，它可以工作在室溫條件下，靈敏度高，速度快，動(dòng)態(tài)范圍寬，覆蓋的太赫茲頻率廣。

技術(shù)

在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們能采用以下方法，優(yōu)化太赫茲光電探測(cè)器的光響應(yīng)機(jī)制。他們將一個(gè)偶極子天線集成到探測(cè)器中，在天線附近聚焦入射的太赫茲光波。通過(guò)制造一個(gè)非常小（100納米，差不多是人類發(fā)絲厚度的千分之一）的天線缺口，他們可以在石墨烯通道的光敏區(qū)域中，吸收大強(qiáng)度聚焦的太赫茲入射光波。他們觀察到，被石墨烯吸收的光波，在石墨烯的pn結(jié)中創(chuàng)造出熱載流子；隨后，p區(qū)域和n區(qū)域中不等的塞貝克系數(shù)，會(huì)產(chǎn)生出一個(gè)局部電壓和一個(gè)通過(guò)設(shè)備的電流，并產(chǎn)生非常大的光響應(yīng)，導(dǎo)致生成一個(gè)非常高靈敏度、高速度的響應(yīng)探測(cè)器，并具有寬動(dòng)態(tài)范圍和寬光譜覆蓋率。

價(jià)值

這項(xiàng)研究的成果為開(kāi)發(fā)全數(shù)字化的低成本攝像頭系統(tǒng)開(kāi)辟了一條途徑。這種攝像頭會(huì)和智能手機(jī)中的攝像頭一樣便宜，因?yàn)檫@種探測(cè)器已經(jīng)被證明具有非常低的功耗，并且完全兼容于CMOS技術(shù)。