研究新突破！石墨烯光吸收率达到90%啦！！

石墨烯作为一种新型二维材料，具有非常优异的光学与光电子学性能，石墨烯具有超宽的光谱响应范围，可以实现从紫外到太赫兹波段的全光谱响应；同时石墨烯具有超高的载流子迁移率和超快的光响应速度，因此石墨烯是一种理想的光电材料。

但悬空的单层石墨烯对空间入射光的吸收率只有2.3%，这极大限制了石墨烯在光电领域的应用。但在远红外光和微波波段区域内吸收率达到40%，在通讯波段区域内可以高达90%。

石墨烯基超级材料

澳大利亚史文朋理工大学的Baohua Jia教授与悉尼大学物理学院的C. Martijn deSterke教授合作在国际顶尖期刊Nature Photonics上发表文章中写道：

已实现了12.5 cm2、90 nm厚的石墨烯基超级材料，其对非偏振可见光和近红外光达到约85％的吸收率，几乎覆盖整个太阳光谱（300-2500 nm）。该超级材料由交替的石墨烯和介电层组成，利用光栅将光耦合到波导模式，在高达60°的入射角上实现宽带吸收。

通过电介质和石墨烯层的相对厚度降低超级材料的介电常数，光栅超级材料与银镜和SiO2间隔层的组合保证从下方照射到吸收体的反射光不会与入射光相消干涉。

同时，将石墨烯结合到超级材料中也降低了有效介电常数，从而实现了TE和TM偏振光的吸收。超级材料的光学性质可以通过改变石墨烯与聚合物的比例来调节，这为应用2D材料以实现新型和功能性光电器件开辟了新途径。

石墨烯的本质光回应

研究人员认为至少有五种机制与石墨烯的吸光行为相关:

★光伏效应★热电效应

★辐射热效应★氧气光脱附

★光电晶体放大

研究人员利用聚焦红外光雷射照射石墨烯电晶体，并以锁相技术测量光电流。实验中使用均匀石墨烯，而非过去研究中常用的石墨烯 p-n接面，因此能获得石墨烯的本质光回应.

当石墨烯吸光时，所产生的电子空穴对会迅速与其他电子空穴发生交互作用，导致电子整体温度的上升。不过由于电子于碳晶格之间的耦合相当微弱，因此热能转移非常缓慢。

当晶格温度升高时，电子迁移率会跟着改变，并且形成方向相反的辐射热电流。在电子密度较低时，光伏效应为主要机制，而在高电子掺杂浓度时，则由辐射热电流主宰。研究人员表示改变背闸极电压可控制电子密度，进而在两种光电流回应基质中进行切换。