石墨烯：极大促进未来太赫兹摄像头开发！

背景

太赫兹技术，是目前受到世界各国科学家广泛关注的前沿科技领域之一。太赫兹波，是指频率范围在100GHz到10THz之间，波长介于微波和红外线之间的电磁波，对于人眼来说是不可见的。

太赫兹波具有穿透性强、安全性高、定向性好、带宽高、时间与空间分辨率高等技术优势。因此，太赫兹技术可应用于成像、存储、通信、特种、电子对抗、电磁武器、天文学、医学、安全检测、无损检测等多个领域。

可是，目前的太赫兹辐射探测器却受到了非常强的限制，这些限制表现在需要同时满足灵敏度、速度、频谱范围、以及能在室温条件下运作等条件。太赫兹光波是一种非常安全的辐射，因为其光子能量低，能量不足可见光范围的光子的百分之一。

作为一种可检测光线的材料，石墨烯有望为我们带来许多新应用。

相比于光电探测器所用的标准材料例如硅，石墨烯的特殊之处在于没有带隙。硅中的带隙使得波长长于一微米的入射光无法被吸收，从而也无法检测到。相比而言，对于石墨烯来说，即使波长为数百微米的太赫兹光波也可以被吸收和检测到。

虽然石墨烯基太赫兹探测器目前为止表现出了非常有前景的成果，但是这些探测器目前为止都无法在速度和灵敏度方面打败市场上可买到的探测器。

创新

在最近的一项研究中，西班牙光子科学研究所（ICFO）的研究人员塞巴斯蒂安·卡斯蒂利亚（SebastianCastilla）、伯纳特·特雷斯（BernatTerres）博士，在ICFO教授弗兰克·库本思（FrankKoppens）和前ICFO科学家克拉斯-扬·迪尔罗伊基（Klaas-JanTielrooij）博士（目前是ICN2的初级组长）领导下，与西班牙CICNanoGUNE研究中心、意大利NEST(CNR)、中国南京大学、西班牙Donostia国际物理中心、希腊约阿尼纳大学、日本国立材料研究所展开合作，已经能够战胜这些挑战。

他们开发出一种新型石墨烯使能的光电探测器，它可以工作在室温条件下，灵敏度高，速度快，动态范围宽，覆盖的太赫兹频率广。

技术

在实验中，科学家们能采用以下方法，优化太赫兹光电探测器的光响应机制。他们将一个偶极子天线集成到探测器中，在天线附近聚焦入射的太赫兹光波。通过制造一个非常小（100纳米，差不多是人类发丝厚度的千分之一）的天线缺口，他们可以在石墨烯通道的光敏区域中，吸收大强度聚焦的太赫兹入射光波。他们观察到，被石墨烯吸收的光波，在石墨烯的pn结中创造出热载流子；随后，p区域和n区域中不等的塞贝克系数，会产生出一个局部电压和一个通过设备的电流，并产生非常大的光响应，导致生成一个非常高灵敏度、高速度的响应探测器，并具有宽动态范围和宽光谱覆盖率。

价值

这项研究的成果为开发全数字化的低成本摄像头系统开辟了一条途径。这种摄像头会和智能手机中的摄像头一样便宜，因为这种探测器已经被证明具有非常低的功耗，并且完全兼容于CMOS技术。