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片上光子学的2D材料

片上光子学的二维材料

光电应用诸如光电探测器和发射器bob综合app官网登录依赖于其活性材料强烈地与光相互作用的能力,并且不能归咎于在这里质疑二维(2D)材料的能力。毕竟,其横截面由最多少数原子组成,这意味着几乎没有足够的物质与任何光相互作用。然而,即使是惯常的谷歌搜索也会产生石墨烯和2D材料光子的挑选数量和专利。那么是什么让这些材料如此吸引人?

1.超快自由电子漂浮在石墨烯晶格上

石墨烯的原子结构是每个碳原子与其他3个碳原子结合,这对其性能有非常深远的影响。这是因为这样的安排产生了一个自由电子云,它以极高的速度移动,这是它前所未有的电子移动的来源。因此,即使吸收少量的光,也可以相当有效地用于检测高频的变化。(如果你想知道为什么这很重要,请阅读马克·迪宁博士的博客Inp光).利用石墨烯的这一特性和一些巧妙的工程,已经有几个基于石墨烯的光电探测器在可见光和近红外波段都具有极高的响应度。然而,真正令人兴奋的进展发生在1550nm左右的电信频段,石墨烯光电探测器已被证明可以以超过数十千兆赫的速度工作!

2.被动表面与晶格不匹配问题的缺失

2D材料纯粹基于van der Waal的力相互作用(这些是将石墨层叠在一起的弱力!)因此它们不受沉积在硅上的常规材料时产生的菌株。它们的表面也是自然钝化的,即,没有悬垂键,不仅最小化损失,而且还可以在与光子波导的整合过程中减轻困难。这些特性使全球的研究人员能够从半导体2D材料中提取光,以极高的量子产率(在不仅在使用完美晶体的情况下已经证明了近的统一收率),而且还在常规硬质基板上,还在柔性且透明的基板上。

人们不需要水晶球就能预测未来几年在光发射器、调制器和光电探测器方面的研究和开发工作的激增。我们已经看到基于石墨烯的探测器与硅技术的集成在技术准备上有了很大的飞跃,但对于研究人员来说,将这类迷人的材料带到片上光子集成电路中还有很大的机会!

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作者:Ravi Sundaram博士

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