《石墨烯等离子体的基本极限》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2018-05-29
  • 等离子体极谱是光和移动电子的混合激发,可以限制长波长辐射在纳米尺度上的能量。等离子体极化子可能使许多高深莫测的量子效应,包括激光,拓扑保护2,3和偶极禁止吸收。实现这种现象的一个必要条件是长时间的等离子体生存期,这是众所周知的难以实现的高度受限的modes5。等离子体极谱法在狄拉克准粒子和红外光子的石墨烯-杂化体中提供了一种研究纳米尺度上的光物质相互作用的平台。然而,石墨烯中的等离子体耗散是实体化的,其基本极限仍未确定。本文利用纳米尺度红外成像技术,研究了在低温条件下,高迁移率的石墨烯在高迁移率下的传播。在这种情况下,等离子体极化的传播主要受到封装层的介电损耗的限制,电子-声子相互作用的微小贡献。在液氮温度下,固有的等离子体传播长度可以超过10微米,或50个等离子体波长,从而为高度受限和可调的极化子模式创造了记录。我们的纳米尺度成像结果揭示了等离子体耗散的物理性质,并将有助于减少异质结构工程应用中的损失。

    ——文章发布于2018年5月23日

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    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:shenxiang
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    • 近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学锋和正高级工程师黄逸凡合作在高质量黑磷烯制备领域取得新突破,相关研究成果"Rapid and scalable production of high-quality phosphorene by plasma-liquid technology"以通讯快报的形式发表在国际化学期刊Chemical Communications。论文第一作者是助理研究员黄浩,共同第一作者是博士康翼鸿,合作者包括教授朱剑豪、西班牙阿拉贡纳米科学研究所教授Ricardo Ibarra 等。 黑磷烯作为一种带隙可调的直接带隙半导体二维层状材料,在光/电子器件领域具有极大的应用潜力。目前,制备黑磷烯的主要方法是液相剪切/超声剥离法,但黑磷本身杨氏模量较小,长时间剪切/超声会导致磷烯片层较小和缺陷增多,且易发生氧化,从而限制黑磷烯的应用。因此,开发出制备高质量大尺寸黑磷烯的高效方法对于黑磷烯的应用至关重要。不同于固体、液体和气体,等离子体是由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成,整体呈中性的物质状态,又被誉为“物质的第四态”。作为一种绿色的工业技术,等离子体技术已被广泛应用于材料表面处理、纳米材料合成以及半导体制造领域。但利用等离子体技术来制备黑磷烯的技术路线尚未有报道。 前期,团队在黑磷烯液相超声制备(Advanced Functional Materials 25 (45), 6996-7002)、离子插层(Small Methods, 1900083;Materials Horizons 6 (1), 176-181)等方向做了大量工作。在本项工作中,基于多年的黑磷烯制备经验和等离子体技术特色,团队自主设计出等离子体液相制备系统,包括电源模块、反应模块等。通过高压电源在阳极产生等离子体,作用于N,N-二甲基甲酰胺溶剂,等离子体中的活性粒子将N,N-二甲基甲酰胺分子分解,分解产物在电场驱动下对阴极黑磷晶体进行插层,同时在层间产生气体,弱化层间力,使得黑磷晶体快速膨胀,从而高效地制备出高质量大尺寸的黑磷烯。同时由于制备时间短,此方法制备的磷烯氧化程度低,展现出优良的光电响应性能,这为黑磷烯作为高性能电子材料的应用奠定了基础。 上述研究得到国家自然科学基金面上项目、中国科学院前沿重点项目、深圳市科技计划项目等的支持。
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    • 编译者:Lightfeng
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    • 我国研究人员使用石墨烯(Gr)来改善纳米图案蓝宝石衬底(NPSS)上的氮化铝生长,作为氮化铝镓(AlGaN)深紫外(DUV)发光二极管(LED)的模板。从而开发出了石墨烯/蓝宝石新型外延衬底,并提出了等离子体预处理改性石墨烯,促进AlN薄膜生长实现深紫外LED的新策略。该团队由中国科学院半导体研究所照明研发中心与北京大学纳米化学研究中心、北京石墨烯研究院刘忠范团队组成。 石墨烯的存在改善了生长于表面的铝迁移率,通过准范德华外延(QvdWE)提高了晶体质量。反过来,这也改善了在AlN模板上生长的AlGaN LED的性能。 深紫外LED可以广泛应用于杀毒、消菌、印刷、通信和特殊照明等领域。纳米图案的蓝宝石衬底由400nm深的纳米凹锥图案组成,在蓝宝石表面上通过纳米压印光刻(NIL)产生1μm周期。通过1050℃无催化剂的APCVD生长大约0.7nm厚的石墨烯层。石墨烯生长过程需要三个小时。对石墨烯进行反应离子蚀刻以引入缺陷。NPSS上的石墨烯是在暴露于氮等离子体30秒之前制备的,然后加载到金属有机化学气相沉积(MOCVD)反应器中以进行AlN生长。 1200℃的AlN生长在氢载气中使用三甲基铝和氨前体。没有石墨烯中间层,在NPSS上生长两小时会导致粗糙、不均匀的AlN层。相比之下,石墨烯中间层使AlN快速聚结,形成连续的平坦表面。这表明石墨烯层增加了铝吸附原子的迁移率。