石墨烯作為一種新型二維材料，具有電導(dǎo)率可控、電子遷移率高和易于與其它光學(xué)器件集成的特點(diǎn)，近年來吸引了研究者的廣泛關(guān)注。在可見光波段，石墨烯具有飽和吸收特性，僅能吸收2.3%的入射光能，限制了其在光電子器件上的應(yīng)用。

武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室超快光學(xué)團(tuán)隊(duì)陸培祥教授、王兵教授、博士生柯少林等針對十字形石墨烯陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的數(shù)值模擬。研究表明，在紅外和太赫茲波段，陣列結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的表面等離激元共振可以有效地增強(qiáng)石墨烯對光的吸收。當(dāng)十字形結(jié)構(gòu)的臂寬增大時(shí)，即使石墨烯的占有率很低，也可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收。此外，增加石墨烯化學(xué)勢和電子弛豫時(shí)間可以顯著地增強(qiáng)吸收。研究表明，如果采用互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，吸收將會得到進(jìn)一步增強(qiáng)。利用多層結(jié)構(gòu)還可實(shí)現(xiàn)雙峰吸收和寬帶吸收。該研究成果系統(tǒng)展示了石墨烯周期微結(jié)構(gòu)的光吸收增強(qiáng)及其可調(diào)特性，在太陽能電池、發(fā)射器、傳感器、空間光調(diào)制器等光電子器件中潛在的應(yīng)用價(jià)值。

2015年4月6日，光學(xué)期刊Optics Express (Vol.23, No.7, pp.8888-8900, 2015)發(fā)表了題為“十字形石墨烯陣列中的等離子體增強(qiáng)吸收研究”（Plasmonic absorption enhancement in periodic cross-shaped graphene arrays）的研究成果。該項(xiàng)研究得到了國家“973計(jì)劃”(No.2014CB921301)、國家自然科學(xué)基金(Nos.11304108和11104095)、教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(No.20130142120091) 等項(xiàng)目的支持。

圖1 十字形石墨烯陣列結(jié)構(gòu)

圖2 石墨烯陣列結(jié)構(gòu)的吸收譜和電場（|E|）分布

來源：武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室(籌)