新型石墨烯基太赫茲吸收器誕生：未來應用前景好！

導讀

最近，歐洲石墨烯旗艦項目的研究人員使用由液相剝離法、轉移塗層沉積、噴墨印刷技術製造出一種使用石墨烯的太赫茲可飽和吸收器。

關鍵字

石墨烯、太赫茲、激光器

背景

之前，我重點介紹過石墨烯和太赫茲領域的一系列前沿創新成果，而今天即將要介紹的是這兩個領域的交叉融合的創新成果。在開始今天的介紹之前，我們先回顧一下石墨烯和太赫茲技術方面的基本知識。

石墨烯，於2004年被從石墨中成功剝離出來。它是一種性能卓越的特殊二維材料，是單層碳原子組成蜂窩狀結構，厚度只有人類髮絲直徑的百萬分之一，但強度卻勝過鋼鐵百倍。除此之外，它的導電、導熱、透光等性能都非常優秀，一直成為全球各國科學界和工業界關注的熱點。筆者介紹過石墨烯在半導體、可穿戴技術、柔性電子、感測器、太陽能、航天能源技術、分子電子等眾多領域的應用，及其製備方法和電子特性的研究。

太赫茲泛指頻率在0.1～10THz 範圍內、介於微波和紅外線之間的電磁波。太赫茲技術，是一個交叉學科的前沿領域，世界上很多國家對這項技術都頗為重視。我國政府在2005年11月專門召開了「香山科技會議」，邀請國內多位在該領域有影響的院士專門討論我國太赫茲事業的發展方向，並制定了發展規劃。

（圖片來源：維基百科）

太赫茲可以像X光和聲波一樣，能穿透物體表面成像。另外，太赫茲的頻率很高，所以其空間解析度也很高；又因為其脈衝很短（皮秒量級）所以具有很高的時間解析度。因為不同的化學物質，可以不同程度地吸收不同頻率的太赫茲輻射，表現出獨特的頻率特徵，所以太赫茲輻射已被廣泛應用於安全檢查。此外，太赫茲還可以應用於成像、存儲、通信、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫學、無損檢測等多個領域。

創新

（圖片來源：石墨烯旗艦項目）

最近，來自義大利 CNR-Istituto Nanoscienze 和英國劍橋大學的石墨烯旗艦項目（Graphene Flagship）的研究人員使用由液相剝離法、轉移塗層沉積、噴墨印刷技術製造出的石墨烯，創造出一種太赫茲可飽和吸收器。

石墨烯旗艦項目將相關研究論文發表於《自然通信》雜誌。該論文報道了一種太赫茲可飽和吸收器，它比迄今為止的其他設備的吸收調製要高一個數量級。

技術

太赫茲可飽和吸收器在太赫茲波段（遠紅外）會隨著光線強度的增加，而降低其對於光線的吸收，因此在太赫茲激光器的開發、光譜和成像應用等方面具有巨大潛力。

義大利 CNR-Istituto Nanoscienze 的石墨烯旗艦項目研究員 Miriam Vitiello 說：

「我們啟動可飽和的太赫茲吸收器方面的工作，旨在解決製造具有超薄和柔性的集成組件的小型化鎖模激光器，同樣也具有良好的調製。」

石墨烯是一種非常具有前途的可飽和的吸收器，因為它具有固有的寬頻操作和超快速的恢復時間，以及製造和集成方面的簡便性。在太赫茲波段，本篇論文通過液相剝離法製造出石墨烯，這種方法適合量產以及準備油墨，並且很容易通過轉移塗層或者噴墨印刷的方式沉積。Vitiello 說：

「對於我們來說，使用石墨烯非常重要，它可以集成到具有柔性和控制的激光系統中，噴墨印刷加上塗層轉移技術可以實現它。」

價值

使用鎖模的激光器製造太赫茲範圍內的超高速脈衝，具有非常有意思和振奮人心的應用。Vitiello 表示：

「當飛行時間地形測繪非常重要時，這些設備可用於醫療診斷，你可以看到組織內部的腫瘤。」

石墨烯旗艦項目光子和光電工作組的領頭人、西班牙光子科學研究所的 Frank Koppens 專註於開發石墨烯基成像和感知、數據傳輸和其他光子學應用方面的技術。他說：

「這是對於現有應用產生直接影響的一個新發現。這顯然是石墨烯在效率、可擴展性、緊湊性和速度方面擊敗現有材料的一個例子。」

石墨烯旗艦項目科技總監、管理小組的主席 Andrea C. Ferrari 補充說：

「這是一個重要的里程碑，他展示了可簡便製造和可印刷性的石墨烯油墨，它也可以用於太赫茲範圍內超高速激光器。從旗艦項目開始算起，已經製造出了一系列的激光器，覆蓋了可見光到紅外線的光譜範圍，而現在是非常重要的太赫茲波段，它具有安全以及醫療診斷方面的應用，最終可以通過石墨烯實現，開啟另外一個可能的應用領域。」

參考資料

【1】https://graphene-flagship.eu/graphene-based-terahertz-absorbers

【2】http://dx.doi.org/10.1038/ncomms15763

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