光與石墨烯相互作用增強(qiáng)研究-可見光波段.pdf

1、石墨烯是碳原子按照蜂窩狀結(jié)構(gòu)排列的二維材料，是一種新型零帶隙半導(dǎo)體材料。它擁有許多優(yōu)良特性，例如高的力學(xué)強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性、化學(xué)惰性，超高電子遷移率、長的載流子壽命、寬波段光譜吸收等。因此，石墨烯在太陽能電池、超快激光器、超敏感傳感器及探測器等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。正是看到石墨烯有希望成為新一代革命性的半導(dǎo)體材料，2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了發(fā)現(xiàn)石墨烯的Geim團(tuán)隊(duì)。
　　但是，石墨烯在應(yīng)用方面存在內(nèi)在的弱點(diǎn):一方面是單原

2、子層厚度的石墨烯，無論運(yùn)用光學(xué)顯微鏡還是拉曼散射光譜技術(shù)都不易識別;另一方面在可見光波段，光與石墨烯的相互作用比較弱，光垂直入射到石墨烯表面時(shí)，將使得石墨烯載流子發(fā)生帶間躍遷到導(dǎo)帶，表現(xiàn)為石墨烯具有一定的光導(dǎo)率。而石墨烯的光吸收率由光導(dǎo)的實(shí)部決定，實(shí)驗(yàn)測量其為常數(shù)值——2.3％，這極大限制了石墨烯在光電探測器件中的應(yīng)用。因此，如何增強(qiáng)石墨烯在可見光波段的吸收率具有極其重要的研究意義。可以看到，增強(qiáng)石墨烯載流子的帶間躍遷是增強(qiáng)石墨烯光吸收

3、的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的解決方案運(yùn)用納米金顆粒陣列、納米金洞陣列等金屬結(jié)構(gòu)中支撐的表面等離激元模式來提高石墨烯與光的相互作用。但是，已有的研究均只實(shí)現(xiàn)了窄波段光與石墨烯相互作用強(qiáng)度的增強(qiáng)，而未實(shí)現(xiàn)石墨烯在可見光波段全波段、大角度的吸收率增強(qiáng)。針對這一問題，本論文進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。
　　本論文利用納米多孔金結(jié)構(gòu)和具有無序結(jié)構(gòu)的納米銀顆粒激發(fā)局域表面等離激元，從而在石墨烯表面形成強(qiáng)近場。由于納米多孔金和納米銀顆粒所缺乏的長程有序性，因此這種