石墨烯是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體,是一種超薄的超級納米材料，同時具有很高的強度，良好的電性能和光學(xué)性能，被譽為21世紀的“新材料之王”。因此，其發(fā)明者安德烈-蓋姆和康斯坦丁-諾沃肖洛夫兩人共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。由于石墨烯的特殊性能，其在新能源電池，顯示屏，傳感器，半導(dǎo)體等領(lǐng)域的應(yīng)用研究都取得了很大的進展。而在激光領(lǐng)域，也能見到石墨烯的身影，相關(guān)的研究正在如火如荼的進行。

石墨烯薄膜可增加高功率激光組件熱傳導(dǎo)

隨著設(shè)備和組件變得越來越小，在未來超高效電子系統(tǒng)的開發(fā)中，電子和光電子的散熱是一個嚴重問題?，F(xiàn)在，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種通過功能化石墨烯納米薄片高效冷卻電子器件的技術(shù)，或可為解決這一問題鋪平道路。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期的《自然·通訊》雜志上。

在實驗中，科學(xué)家研究了被固定在石墨烯納米微片層界面和邊界上形成共價鍵的大量分子，他們還通過使用光熱反射測量技術(shù)，演示功能化改進的熱耦合現(xiàn)象，以證明界面熱阻。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用基于不同功能化氨基和基于疊氮硅烷分子優(yōu)化膜的熱傳導(dǎo)，熱轉(zhuǎn)換率可比未經(jīng)處理的系統(tǒng)提高76%以上，這主要是通過引入功能化分子而使接觸的電阻急劇減少所致。

分子動力學(xué)模擬和計算顯示，經(jīng)過官能化的層，束縛了低頻聲子在橫截面的散射，但反過來通過恢復(fù)長彎曲聲子壽命，從而增強了結(jié)合薄膜的豎截面熱傳導(dǎo)。結(jié)果表明，這種電子設(shè)備提供了潛在的熱管理解決方案。

該大學(xué)從事電子產(chǎn)品生產(chǎn)研究的約翰·劉教授指出："采用基于石墨烯納米薄片的膜，可使電子和其他電力設(shè)備實現(xiàn)高效熱傳輸，這或許是一個有效的解決方法，相關(guān)研究成果正越來越接近中試生產(chǎn)階段。未來可將這種石墨烯薄膜集成到微電子設(shè)備和系統(tǒng)中，用于冷卻高效發(fā)光二極管、激光和射頻組件，這將為研制更快更小、高效節(jié)能的高功率電子產(chǎn)品鋪平道路。"

【新發(fā)現(xiàn)】石墨烯能將電轉(zhuǎn)化為光

美國麻省理工學(xué)院(MIT)研究人員和其他國際機構(gòu)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種類似飛機超過音速時產(chǎn)生音爆的過程：也就是說，電荷流過石墨烯，在某種情況下，能超過減慢了的光速，能形成一種光“爆”---一種強烈的聚焦光束。

這種全新的將電能轉(zhuǎn)化為可見光輻射方式是高度可控的，并且快速有效。研究人員表示，這種方式可能會帶來各種新的應(yīng)用。研究成果發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《NatureCommunications》上。

這項新的研究來自于一個有趣的觀察現(xiàn)象。研究人員發(fā)現(xiàn)，當光照射到石墨烯片上時，其速度能得到極大的降低。而這種戲劇性的減緩，帶來了一個有趣的巧合。由于路經(jīng)相同的材料，減速了的光子(光粒子)經(jīng)過石墨烯片的速度非常接近電子的速度。

研究人員表示：“石墨烯能通過我們稱之為表面等離子體的方式捕獲光。等離子體是一種代表了表面電子振蕩的虛擬粒子。這些穿過石墨烯的等離子體的速度比在自由空間光的速度慢幾百倍。”

這種效果與石墨烯另一個特點相吻合：電子以非常高的速度通過石墨烯，高達每秒一百萬米或者光在真空中速度的三百分之一。這就意味著，這兩種速度足夠接近，如果能將材料進行調(diào)諧以便獲得匹配速度，那么兩種粒子間將發(fā)生顯著的相互作用。

這種組合特性---減慢了的光速以及允許電子快速通過也是石墨烯不同尋常的性質(zhì)之一。這種特性也為石墨烯產(chǎn)生相反的效果提供了可能性：形成光而不是捕獲光。

研究人員表示，這種理論工作表明能通過這種方法形成一種新的產(chǎn)生光的方式。

具體來講，由于電子速度在石墨烯中能接近光速，從而打破“光屏障”，因此這種轉(zhuǎn)換是可行的。

到目前為止，工作還處于理論階段。研究人員的下一步將是構(gòu)建系統(tǒng)的實際工作版本以便對該概念進行驗證。

利用石墨烯制備太赫茲“二極管”取得突破

天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院、太赫茲研究中心張偉力教授團隊在石墨烯太赫茲波調(diào)制的研究中取得了突破性進展，該項研究成果發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)刊物NatureCommunications[6,7082(2015)]上。這篇題為"Activegraphene-siliconhybriddiodeforterahertzwaves"的論文報道了利用光電并行機制對石墨烯-硅的復(fù)合結(jié)構(gòu)進行主動調(diào)制的原創(chuàng)性工作。

作為典型的二維材料，石墨烯具有單層原子結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和機械性能，展現(xiàn)出了許多誘人、新穎的物理特性。由于具有外部可調(diào)控的導(dǎo)電率及可調(diào)諧的禁帶寬度，石墨烯在太赫茲領(lǐng)域具有許多潛在的應(yīng)用。其中，利用石墨烯對太赫茲波進行主動調(diào)控是目前的研究熱點之一。但是，目前國際上通常采用單一式光激發(fā)或電調(diào)制等手段對太赫茲波實現(xiàn)調(diào)控，其調(diào)制深度受到明顯的限制。

張偉力團隊在前期研究基礎(chǔ)上，提出了基于石墨烯和半導(dǎo)體的太赫茲波調(diào)控的新方法，即采用石墨烯-硅的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在低功率連續(xù)激光的激勵下，利用極低的電壓(0.1-4伏)即可實現(xiàn)對太赫茲信號的大幅度調(diào)制，其調(diào)制深度高達83%，帶寬覆蓋了0.4-2THz范圍。在此基礎(chǔ)上研制的太赫茲集成化器件，實現(xiàn)了對太赫茲波的正向偏壓導(dǎo)通、負向偏壓截止的光學(xué)“二極管”效應(yīng)。該研究成果為太赫茲二維材料和器件的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)，在寬帶太赫茲波調(diào)制器、太赫茲波整流、太赫茲波通信等領(lǐng)域有十分重要的應(yīng)用前景。