石墨烯作为一种新型二维材料，具有电导率可控、电子迁移率高和易于与其它光学器件集成的特点，近年来吸引了研究者的广泛关注。在可见光波段，石墨烯具有饱和吸收特性，仅能吸收2.3%的入射光能，限制了其在光电子器件上的应用。
武汉光电国家实验室超快光学团队陆培祥教授、王兵教授、博士生柯少林等针对十字形石墨烯阵列结构进行了系统的数值模拟。研究表明，在红外和太赫兹波段，阵列 结构中产生的表面等离激元共振可以有效地增强石墨烯对光的吸收。当十字形结构的臂宽增大时，即使石墨烯的占有率很低，也可以产生强烈的吸收。此外，增加石 墨烯化学势和电子弛豫时间可以显著地增强吸收。研究表明，如果采用互补结构，吸收将会得到进一步增强。利用多层结构还可实现双峰吸收和宽带吸收。该研究成 果系统展示了石墨烯周期微结构的光吸收增强及其可调特性，在太阳能电池、发射器、传感器、空间光调制器等光电子器件中潜在的应用价值。
2015 年4月6日，光学期刊Optics Express (Vol.23, No.7, pp.8888-8900, 2015)发表了题为“十字形石墨烯阵列中的等离子体增强吸收研究”(Plasmonic absorption enhancement in periodic cross-shaped graphene arrays)的研究成果。该项研究得到了国家“973计划”(No.2014CB921301)、国家自然科学基金(Nos.11304108和 11104095)、教育部高等学校博士学科点专项科研基金(No.20130142120091) 等项目的支持。
图1 十字形石墨烯阵列结构
图2 石墨烯阵列结构的吸收谱和电场(|E|)分布
