新发现：石墨烯能将电转化为光

石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体,是一种超薄的超级纳米材料，同时具有很高的强度，良好的电性能和光学性能，被誉为21世纪的“新材料之王”。因此，其发明者安德烈-盖姆和康斯坦丁-诺沃肖洛夫两人共同获得2010年诺贝尔物理学奖。由于石墨烯的特殊性能，其在新能源电池，显示屏，传感器，半导体等领域的应用研究都取得了很大的进展。而在激光领域，也能见到石墨烯的身影，相关的研究正在如火如荼的进行。

石墨烯薄膜可增加高功率激光组件热传导

随着设备和组件变得越来越小，在未来超高效电子系统的开发中，电子和光电子的散热是一个严重问题。现在，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员开发出一种通过功能化石墨烯纳米薄片高效冷却电子器件的技术，或可为解决这一问题铺平道路。相关研究成果发表在最新一期的《自然·通讯》杂志上。

在实验中，科学家研究了被固定在石墨烯纳米微片层界面和边界上形成共价键的大量分子，他们还通过使用光热反射测量技术，演示功能化改进的热耦合现象，以证明界面热阻。结果发现，采用基于不同功能化氨基和基于叠氮硅烷分子优化膜的热传导，热转换率可比未经处理的系统提高76%以上，这主要是通过引入功能化分子而使接触的电阻急剧减少所致。

分子动力学模拟和计算显示，经过官能化的层，束缚了低频声子在横截面的散射，但反过来通过恢复长弯曲声子寿命，从而增强了结合薄膜的竖截面热传导。结果表明，这种电子设备提供了潜在的热管理解决方案。

该大学从事电子产品生产研究的约翰·刘教授指出："采用基于石墨烯纳米薄片的膜，可使电子和其他电力设备实现高效热传输，这或许是一个有效的解决方法，相关研究成果正越来越接近中试生产阶段。未来可将这种石墨烯薄膜集成到微电子设备和系统中，用于冷却高效发光二极管、激光和射频组件，这将为研制更快更小、高效节能的高功率电子产品铺平道路。"

【新发现】石墨烯能将电转化为光

美国麻省理工学院(MIT)研究人员和其他国际机构已经发现了一种类似飞机超过音速时产生音爆的过程：也就是说，电荷流过石墨烯，在某种情况下，能超过减慢了的光速，能形成一种光“爆”---一种强烈的聚焦光束。

这种全新的将电能转化为可见光辐射方式是高度可控的，并且快速有效。研究人员表示，这种方式可能会带来各种新的应用。研究成果发表在国际知名学术期刊《NatureCommunications》上。

这项新的研究来自于一个有趣的观察现象。研究人员发现，当光照射到石墨烯片上时，其速度能得到极大的降低。而这种戏剧性的减缓，带来了一个有趣的巧合。由于路经相同的材料，减速了的光子(光粒子)经过石墨烯片的速度非常接近电子的速度。

研究人员表示：“石墨烯能通过我们称之为表面等离子体的方式捕获光。等离子体是一种代表了表面电子振荡的虚拟粒子。这些穿过石墨烯的等离子体的速度比在自由空间光的速度慢几百倍。”

这种效果与石墨烯另一个特点相吻合：电子以非常高的速度通过石墨烯，高达每秒一百万米或者光在真空中速度的三百分之一。这就意味着，这两种速度足够接近，如果能将材料进行调谐以便获得匹配速度，那么两种粒子间将发生显著的相互作用。

这种组合特性---减慢了的光速以及允许电子快速通过也是石墨烯不同寻常的性质之一。这种特性也为石墨烯产生相反的效果提供了可能性：形成光而不是捕获光。

研究人员表示，这种理论工作表明能通过这种方法形成一种新的产生光的方式。

具体来讲，由于电子速度在石墨烯中能接近光速，从而打破“光屏障”，因此这种转换是可行的。

到目前为止，工作还处于理论阶段。研究人员的下一步将是构建系统的实际工作版本以便对该概念进行验证。

利用石墨烯制备太赫兹“二极管”取得突破

天津大学精密仪器与光电子工程学院、太赫兹研究中心张伟力教授团队在石墨烯太赫兹波调制的研究中取得了突破性进展，该项研究成果发表在国际著名学术刊物NatureCommunications[6,7082(2015)]上。这篇题为"Activegraphene-siliconhybriddiodeforterahertzwaves"的论文报道了利用光电并行机制对石墨烯-硅的复合结构进行主动调制的原创性工作。

作为典型的二维材料，石墨烯具有单层原子结构，优异的光学、电学和机械性能，展现出了许多诱人、新颖的物理特性。由于具有外部可调控的导电率及可调谐的禁带宽度，石墨烯在太赫兹领域具有许多潜在的应用。其中，利用石墨烯对太赫兹波进行主动调控是目前的研究热点之一。但是，目前国际上通常采用单一式光激发或电调制等手段对太赫兹波实现调控，其调制深度受到明显的限制。

张伟力团队在前期研究基础上，提出了基于石墨烯和半导体的太赫兹波调控的新方法，即采用石墨烯-硅的复合结构，在低功率连续激光的激励下，利用极低的电压(0.1-4伏)即可实现对太赫兹信号的大幅度调制，其调制深度高达83%，带宽覆盖了0.4-2THz范围。在此基础上研制的太赫兹集成化器件，实现了对太赫兹波的正向偏压导通、负向偏压截止的光学“二极管”效应。该研究成果为太赫兹二维材料和器件的发展奠定了重要基础，在宽带太赫兹波调制器、太赫兹波整流、太赫兹波通信等领域有十分重要的应用前景。