石墨烯与光结合有望制造出高效电子设备

据物理学家组织网报道，美国莱斯大学的研究人员通过将石墨烯与光结合，有望设计和制造出更高效的电子设备，以及新型的安全与加密设备。相关研究报告发表在近日出版的《美国化学学会·纳米》杂志上。

通常情况下，调整硅半导体性质是借助化学方式对硅进行掺杂。而此次的研究颠覆了这一理念：改用等离子体振子诱导石墨烯掺杂，形成超强、传导性良好的单原子厚度的碳形态。新的掺杂方式能制成基于石墨烯和等离子体天线的电路，即光学诱导的电子设备。光学诱导电子设备能对光进行操控，并将电子注入材料从而影响它的传导性。这项研究囊括了理论和研究两部分的工作，展示了按需制造简单的、以石墨烯为基础的二极管和晶体管的潜力。

研究人员表示，掺杂石墨烯是开发石墨烯电子设备的一个关键参数。他们设想了许多掺杂石墨烯的方式，其中包括将有机或磁性分子附着到石墨烯的六角形栅格上，使其具有选择性和可逆性，仿若石墨烯质地的黑板一般，可依据颜色、角度和照射光的偏振，随意对电路进行构建和擦除。

等离子体纳米天线附着到石墨烯的实现，使这种设想成为了可能。科学家对于操控等离子体振子具有丰富的经验，这种准粒子能够引发金属表面的振动。在早先的研究中，他们成功地沉积了等离子体纳米粒子，使其充当了石墨烯为基础的光电探测器。

等离子体振子能够在光被激发或制成“热电子”时流过表面，并控制波长，而临近的等离子体粒子也能以可调的方式发生相互作用。此次实验采用了8个纳米级别的黄金圆盘等离子体天线，中间环绕着一个较大的圆盘，其都通过电子束光刻沉积在石墨烯的表面。每个天线都能基于散射光在500纳米到1250纳米之间进行调整，但在825纳米时会出现相消干扰。在这种情况下，大部分的入射光能量都将转化成热电子，直接传送到石墨片上，并使其由导体转化成负掺杂（n-doped）的半导体。

科研人员预见，有朝一日我们能够不用钥匙，仅仅挥动手电筒发光照射基座，诱导形成所需的集成电路，就能打开大门。而这一天，似已不再遥远。