光與石墨烯相互作用增強研究-可見光波段.pdf

1、石墨烯是碳原子按照蜂窩狀結構排列的二維材料，是一種新型零帶隙半導體材料。它擁有許多優(yōu)良特性，例如高的力學強度、良好的導熱性、化學惰性，超高電子遷移率、長的載流子壽命、寬波段光譜吸收等。因此，石墨烯在太陽能電池、超快激光器、超敏感傳感器及探測器等眾多領域有著廣泛的應用前景。正是看到石墨烯有希望成為新一代革命性的半導體材料，2010年諾貝爾物理學獎授予了發(fā)現(xiàn)石墨烯的Geim團隊。
　　但是，石墨烯在應用方面存在內在的弱點:一方面是單原

2、子層厚度的石墨烯，無論運用光學顯微鏡還是拉曼散射光譜技術都不易識別;另一方面在可見光波段，光與石墨烯的相互作用比較弱，光垂直入射到石墨烯表面時，將使得石墨烯載流子發(fā)生帶間躍遷到導帶，表現(xiàn)為石墨烯具有一定的光導率。而石墨烯的光吸收率由光導的實部決定，實驗測量其為常數(shù)值——2.3％，這極大限制了石墨烯在光電探測器件中的應用。因此，如何增強石墨烯在可見光波段的吸收率具有極其重要的研究意義?？梢钥吹?，增強石墨烯載流子的帶間躍遷是增強石墨烯光吸收

3、的關鍵?，F(xiàn)有的解決方案運用納米金顆粒陣列、納米金洞陣列等金屬結構中支撐的表面等離激元模式來提高石墨烯與光的相互作用。但是，已有的研究均只實現(xiàn)了窄波段光與石墨烯相互作用強度的增強，而未實現(xiàn)石墨烯在可見光波段全波段、大角度的吸收率增強。針對這一問題，本論文進行了相關的實驗研究。
　　本論文利用納米多孔金結構和具有無序結構的納米銀顆粒激發(fā)局域表面等離激元，從而在石墨烯表面形成強近場。由于納米多孔金和納米銀顆粒所缺乏的長程有序性，因此這種