新型的光电感应设备石墨烯有非常独特的光学性质。虽然只有一层原子,但是它在整个可见光直到红外的波长范围内都可以吸收入射光的2.3%,这个数字和石墨烯的其他材料参数没有关系,是由量子电动力学决定的[6]。吸收的光会导致载流子(电子和空穴)的产生,石墨烯里面载流子的产生和输运都和传统的半导体有很大不同。这使得石墨烯很合适用来做超快的光电感应设备,据估计,这样的光电感应设备有可能能以500GHz的频率工作,用于信号传输的话,每秒钟可以传送5000亿个0或者1[7],可以在1秒内完成两张蓝光光碟内容的传输。
美国IBM Thomas J. Watson Research Centre的专家们利用石墨烯,制造出了可以工作在10GHz频率的光电感应设备[8]。首先,用“撕胶带法”在覆盖有300纳米厚二氧化硅的硅衬底上面准备好石墨烯小片,然后在上面做出间隔为1微米宽度为250纳米的钯-金或者钛-金电极。这样,就得到了一个以石墨烯为基础的光电感应设备。
石墨烯光电感应设备的示意图和实际样品的扫描电子显微镜(SEM)照片。图中的黑色短线对应5个微米,金属线之间的距离是一个微米。
通过实验,研究者们发现,这种金属-石墨烯-金属结构的光电感应设备最高可以达到16GHz的工作频率,并且可以高速工作在从300纳米(近紫外)到6微米(红外)的波长范围内,而传统的光电感应管则不能对波长较长的红外光响应。石墨烯光电感应设备的工作频率还有很大的提高余地,优越的性能使得它有着广泛的包括通讯、遥控、环境监测在内的应用前景。
作为一种性质独特的新兴材料,关于石墨烯应用的研究层出不穷。我们在这里难以一一列举。将来,还有可能会在日常生活中出现石墨烯做的场效应管、石墨烯做的分子开关、石墨烯做的分子探测器……逐渐走出实验室的石墨烯,一定会在日常生活中大放异彩。
我们可以期待,在不远的将来出现大量的使用石墨烯的电子产品。想想看,如果我们手里的智能手机和上网本在不用的时候,可以卷起来夹在耳朵上,塞在口袋里,或者围在手腕上,那是多么有趣啊!