石墨烯中心發(fā)光示意圖。
“從本質上說，我們制造出了世界上最薄的燈泡。”研究論文合著者、哥倫比亞大學機械工程系教授王鳳仁(音譯)說，“這種新型‘寬帶’發(fā)光器可以被集成到芯片上，有望為實現只有原子厚度的柔性、透明顯示屏以及基于石墨烯芯片的光通信鋪平道路。”
要開發(fā)可與現有半導體集成電路媲美的完全集成“光子”電路，關鍵是讓芯片表面的微小結構發(fā)光。已經有很多方法可以做到這一點，但最古老、最簡單的人造光源——白熾燈泡卻無法被集成到芯片上，這主要是因為燈絲必須達到數千攝氏度，發(fā)出的光才可見，而微觀尺度的金屬線承受不了這樣的高溫;另外，微觀尺度上，熱量從燈絲向四周傳遞的效率極高，容易損壞芯片。
物理學家組織網的報道稱，通過測量石墨烯發(fā)出的光的光譜，研究人員發(fā)現石墨烯的溫度達到2500攝氏度以上，足以明亮發(fā)光。論文第一作者、哥倫比亞大學機械工程系博士后研究員金永德(音譯)解釋說：“原子厚度的石墨烯發(fā)出的可見光線如此強烈，無需額外放大，肉眼便能看見。”
石墨烯達到如此高的溫度而不熔化基板或金屬電極，是因為其具有一個有趣特性：當受熱時，石墨烯會變成熱的不良導體。這意味著高溫被局限在了中心的一個小“熱點”上。
論文共同作者、韓國標準科學研究院高級研究員裴明浩(音譯)說：“相對于置于固態(tài)基底上的石墨烯，我們能夠將懸于上方的石墨烯加熱至高達太陽溫度的一半，同時效率提高1000倍。”
該團隊還通過制成大規(guī)模化學氣相沉積(CVD)石墨烯發(fā)光器陣列，展示了這項技術的可擴展性。
研究團隊目前正在進一步探究這種裝置的性能，比如其開關的速度要多快才能創(chuàng)建光通信的比特位，同時也在開發(fā)將它們集成到柔性基板上的技術。
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