石墨烯的光电特性及其器件应用

石墨烯是2004年以后研发成功的新型电子和光电材料，具有高载流子浓度、高室温载流子迁移率和近似零带隙结构，其样品材料参数可人为方便电控，是迄今为止发现的最理想的二维电子系统且具有丰富而新奇的物理特性。石墨烯在电子和光电器件领域有着重要和广阔的应用前景，是目前各发达国家研究的重点和热点。本项目将结合国内在石墨烯材料的制备和表征已取得重大突破并具国际先进水平这一事实，重点研究石墨烯的光电特性以及在光电器件领域的应用。通过理论研究石墨烯在光场作用下的光致载流子效应，光吸收和透射效应，光电导效应，以及电致和光致发光效应，我们将揭示石墨烯光电器件的物理原理，设计和研发新器件，探索石墨烯在非制冷红外探测，显示器透明电极，超快光电器件，以及红外光源等领域的应用。本项目的研究工作将理论联系实验和器件，为将国产石墨烯材料应用于国产新型光电器件奠定物理基础和提供理论支撑。

本项目已按照申请书计划顺利开展研究工作。研究工作分为理论和实验研究两个部分。在理论研究方面，结合该领域最新的实验工作和报道，主要研究了各种石墨烯系统从可见到太赫兹光谱段的光电特性，石墨烯系统在电或光激发后的电迟豫现象，石墨烯在强磁场作用下的朗道能级结构及其磁光电特性，石墨烯与表面声波的交互作用特性，石墨烯的高场电输运特性，石墨烯系统的等离子激元和耦合的等离子-声子激元模式，以及石墨烯-半导体柱状结构的太赫兹光子态特性，等。在实验研究部分，与国内相关单位合作，主要研究了石墨烯在碲镉汞红外探测器透明电极的应用，此工作为国际上首次将石墨烯应用于红外光电器件。另外，本项目也理论和实验研究了其他相关低维和纳米结构材料系统（如InAs/GaSb第二类量子阱和超晶格系统以及金属纳米结构阵列系统）的光电特性。已发表SCI学术论文24篇，EIl论文1篇，应邀为国外出版的石墨烯研究专著撰写一章节。项目相关的研究工作“石墨烯的红外光电特性及其器件应用”获2012年全国侨联“中国侨界贡献奖（创新成果）”，与兵器工业部211研究所联合培养的研究生获2010年兵器工业部“优秀研究生论文奖”。