有源可調石墨烯納米圓盤陣列等離激元增強吸收研究

石墨烯(graphene)是一種由碳原子構成的單層蜂窩晶格結構的二維材料，因其具有高電子遷移率，高熱導率以及光催化等特性，受到科學界的廣泛關注。在可見光和近紅外波段，它幾乎完全透明，光垂直入射下，均勻的單層石墨烯隻吸收2.3%的光。可見光和近紅外波段固有的低吸收率，限制了石墨烯在光電器件上的應用

近日，beat365官方网站朱星教授團隊的方哲宇百人計劃研究員和美國Rice大學Halas教授合作，在BaF2-In：In2O3襯底上加工制備了石墨烯納米圓盤陣列，可以有效的增強石墨烯在中紅外波段的光吸收，使吸收率從低于3%增加到30%。并且，通過改變納米圓盤的尺寸和間隔，以及施加在襯底和旋塗在石墨烯表面的離子凝膠間的電壓改變石墨烯載流子濃度、提高電子的費米能級，可以顯著地影響石墨烯的吸收率。這種吸收增強效應，主要來自于三部分的貢獻：一是載流子密度效應，摻雜的石墨烯打開了一個光子帶隙，可以有效地激發等離激元，而不是電子空穴對（Landau damping）；二是石墨烯電子與光子耦合産生的局域表面等離激元共振；三是石墨烯納米圓盤之間輻射場的耦合，增強了吸收。最後，通過增加金屬反射膜可以使原來單層石墨烯的吸收增強一倍。這項研究成果，顯示了納米石墨烯陣列的光吸收增強和可調特性，揭示了其在光電器件中潛在的應用價值。

相關成果最近發表在《Nano Letters》上（http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/nl404042h）。

以上研究工作得到國家自然科學基金、國家重大科學研究計劃(973)、人工微結構與介觀物理國家重點實驗室、量子物質科學協同創新中心等相關項目的資助。