一個研究小組開發(fā)了一種裝置，可以利用石墨烯材料來檢測中紅外光，并在室溫下有效地將其轉(zhuǎn)換成電信號。這是一個突破，可能會帶來更好的通信系統(tǒng)，熱成像儀以及其他技術(shù)。
       這項研究發(fā)表在《自然材料》雜志上，這項成果是工程與科學副教授Fengnian Xia, Barton L. Weller的實驗室和西班牙光子科學研究所（ICFO）F. Javier Garcia de Abajo實驗室之間合作完成的。
       8至14微米的中紅外輻射在熱成像和揭示分子特異性光譜信息方面非常有用。此外，這種輻射可以在空氣中傳播而不會出現(xiàn)損失，表明它在自由空間通信和遙感方面存在巨大潛力。然而，傳統(tǒng)室溫中紅外探測器由于熱容量大，導致散熱時間非常長。
       本研究中所展示的裝置利用了高導電石墨烯（單層碳原子）及其等離子體（集體電子振蕩的量子）的獨特性質(zhì)。
       “石墨烯可以把中紅外光轉(zhuǎn)換成等離子體，然后等離子體可以轉(zhuǎn)化為熱量，” Xia實驗室的博士生Qiushi Guo說，他是這項研究的第一作者。石墨烯真正的獨特之處在于，由等離子衰變引起的電子升溫遠高于其它材料。”
       石墨烯的電阻對室溫下的溫度不敏感，因此，除了極冷的溫度之外，很難用電檢測中紅外光，這意味著它不能集成到可用的設(shè)備中。為此，研究人員開發(fā)了一種新裝置，這種裝置的特征是石墨烯圓盤等離子體諧振器通過準一維納米帶連接。它能有效地檢測室溫下的中紅外光。
       Guo說：“我們的裝置擁有人造納米結(jié)構(gòu)，可以把光轉(zhuǎn)換成等離子體，然后變成電子熱。”同時它的電阻也對溫度上升非常敏感。與石墨烯片中的不同，在窄的石墨烯納米帶中，電子傳輸強烈依賴于電子的熱能。
       Guo說，更重要的是，這個裝置對中紅外輻射反應非常迅速。現(xiàn)有的室溫熱傳感器一般具有大的比熱容和良好設(shè)計的絕熱結(jié)構(gòu)。它們通常需要毫秒的時間來加熱。但對于石墨烯，它可以超過1納秒，或者僅僅10億分之一秒。”這使得石墨烯探測器非常適合在中紅外高速自由空間進行通信應用，這超出了在室溫下工作的傳統(tǒng)微測輻射熱計的范圍。
       這個設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、可擴展。值得注意的是，設(shè)備的覆蓋區(qū)甚至比光的波長還要小。它為中紅外光子學提供了許多新的機會，例如，構(gòu)建具有亞波長像素的高分辨率中紅外相機，或者集成在光子集成電路上，以便在單個芯片上實現(xiàn)中紅外光譜儀。