基于石墨烯/氮化硼超晶格的太赫兹光源器件研究

Terahertz (THz) radiation is electromagnetic radiation whose frequency lies between the microwave and infrared regions of the radiation spectrum. THz radiation holds great promise for a variety of applications in the area ranging from fundamental research, to security surveillance, medical imaging, and tele-communication. However, these applications are significantly hampered because of the difficulty in producing a compact THz source in room temperature. Bloch oscillation, a phenomenon from solid state physics, can generate THz radiation at room temperature. In this proposal, we will study the Bloch oscillations and corresponding negative differential conductance and THz radiation in graphene/boron-nitride (BN) superlattices with electrical and optical methods, which may open a new pathway to create compact room-temperature THz sources. In addition, the study of Bloch oscillation in graphene/BN superlattices will provide a better understanding of the novel Dirac electrons.

太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，在光谱中处在微波和红外之间。太赫兹波在基础研究、安全检查、医疗诊断、宽带通讯以及雷达制导等方面都有很好的应用前景。然而，现有的太赫兹光源有体积庞大或只能在低温环境下工作的缺点。本项目将凝聚态领域新兴的石墨烯材料与当前太赫兹研究领域的实际问题相结合，使用新型二维石墨烯/氮化硼超晶格材料来研制工作在室温下的小型太赫兹光源原型器件。本项目拟结合电学和光学手段系统研究石墨烯/氮化硼超晶格中的Bloch振荡及与其相关的负微分电导和太赫兹辐射，并以超晶格中的Bloch振荡为基本原理试制太赫兹光源原型器件，为将来制备工作在室温下的小型太赫兹光源提供实验基础。除此之外，通过研究石墨烯/氮化硼超晶格中的Bloch振荡，还可以更深入的了解Dirac电子的新奇性质。

本项目提出将凝聚态领域新兴的石墨烯材料与当前太赫兹研究领域的实际问题相结合，使用新型二维石墨烯/氮化硼超晶格材料来研制工作在室温下的小型太赫兹光源原型器件。本项目在执行过程中，项目成员成功制备高质量石墨烯/氮化硼超晶格及超晶格器件，然而后续的电输运测量中未能观察到负微分电导，因此也未能制备出基于石墨烯/氮化硼超晶格的太赫兹辐射器件。项目支持的研究共发表学术论文10篇，另申请中国专利1项。项目负责人史志文入选了包括“青年千人”在内的多项人才计划项目。