背景

太赫茲技術(shù)，是目前受到世界各國科學(xué)家廣泛關(guān)注的前沿科技領(lǐng)域之一。太赫茲波，是指頻率范圍在100GHz到10THz之間，波長介于微波和紅外線之間的電磁波，對于人眼來說是不可見的。

太赫茲波具有穿透性強、安全性高、定向性好、帶寬高、時間與空間分辨率高等技術(shù)優(yōu)勢。因此，太赫茲技術(shù)可應(yīng)用于成像、存儲、通信、特種、電子對抗、電磁武器、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)、安全檢測、無損檢測等多個領(lǐng)域。

可是，目前的太赫茲輻射探測器卻受到了非常強的限制，這些限制表現(xiàn)在需要同時滿足靈敏度、速度、頻譜范圍、以及能在室溫條件下運作等條件。太赫茲光波是一種非常安全的輻射，因為其光子能量低，能量不足可見光范圍的光子的百分之一。

作為一種可檢測光線的材料，石墨烯有望為我們帶來許多新應(yīng)用。

相比于光電探測器所用的標準材料例如硅，石墨烯的特殊之處在于沒有帶隙。硅中的帶隙使得波長長于一微米的入射光無法被吸收，從而也無法檢測到。相比而言，對于石墨烯來說，即使波長為數(shù)百微米的太赫茲光波也可以被吸收和檢測到。

雖然石墨烯基太赫茲探測器目前為止表現(xiàn)出了非常有前景的成果，但是這些探測器目前為止都無法在速度和靈敏度方面打敗市場上可買到的探測器。

創(chuàng)新

在最近的一項研究中，西班牙光子科學(xué)研究所（ICFO）的研究人員塞巴斯蒂安·卡斯蒂利亞（SebastianCastilla）、伯納特·特雷斯（BernatTerres）博士，在ICFO教授弗蘭克·庫本思（FrankKoppens）和前ICFO科學(xué)家克拉斯-揚·迪爾羅伊基（Klaas-JanTielrooij）博士（目前是ICN2的初級組長）領(lǐng)導(dǎo)下，與西班牙CICNanoGUNE研究中心、意大利NEST(CNR)、中國南京大學(xué)、西班牙Donostia國際物理中心、希臘約阿尼納大學(xué)、日本國立材料研究所展開合作，已經(jīng)能夠戰(zhàn)勝這些挑戰(zhàn)。

他們開發(fā)出一種新型石墨烯使能的光電探測器，它可以工作在室溫條件下，靈敏度高，速度快，動態(tài)范圍寬，覆蓋的太赫茲頻率廣。

技術(shù)

在實驗中，科學(xué)家們能采用以下方法，優(yōu)化太赫茲光電探測器的光響應(yīng)機制。他們將一個偶極子天線集成到探測器中，在天線附近聚焦入射的太赫茲光波。通過制造一個非常?。?00納米，差不多是人類發(fā)絲厚度的千分之一）的天線缺口，他們可以在石墨烯通道的光敏區(qū)域中，吸收大強度聚焦的太赫茲入射光波。他們觀察到，被石墨烯吸收的光波，在石墨烯的pn結(jié)中創(chuàng)造出熱載流子；隨后，p區(qū)域和n區(qū)域中不等的塞貝克系數(shù)，會產(chǎn)生出一個局部電壓和一個通過設(shè)備的電流，并產(chǎn)生非常大的光響應(yīng)，導(dǎo)致生成一個非常高靈敏度、高速度的響應(yīng)探測器，并具有寬動態(tài)范圍和寬光譜覆蓋率。

價值

這項研究的成果為開發(fā)全數(shù)字化的低成本攝像頭系統(tǒng)開辟了一條途徑。這種攝像頭會和智能手機中的攝像頭一樣便宜，因為這種探測器已經(jīng)被證明具有非常低的功耗，并且完全兼容于CMOS技術(shù)。