發(fā)布時間：2020-05-29 21:41

【摘要】：作為最具吸引力的二維材料,石墨烯在紫外到太赫茲波段范圍的光子學(xué)研究中受到了廣泛的關(guān)注,并推動了高等光學(xué)從納米光子學(xué)到埃光子學(xué)的發(fā)展。石墨烯是一種由蜂窩狀有序排列的平面碳原子組成的單原子厚度的二維晶體。由于石墨烯本身具有獨特的零帶隙電子能帶結(jié)構(gòu),使其在力學(xué)、電學(xué)和光學(xué)等方面表現(xiàn)出優(yōu)良的性能,這些優(yōu)異的性能使石墨烯在光電器件應(yīng)用上具有廣闊的前景。而對入射光能量的吸收在光學(xué)探測器和光電器件中起著重要的作用,隨著制備高品質(zhì)石墨烯的方法得以實現(xiàn),使得研究者們在石墨烯優(yōu)異的光電性能基礎(chǔ)上,探索其光捕獲能力并將其應(yīng)用到光電子技術(shù)中成為現(xiàn)實。在可見光和紅外波段,已經(jīng)提出了許多基于石墨烯的陷光結(jié)構(gòu),這些基于石墨烯的陷光結(jié)構(gòu)相比于其他陷光結(jié)構(gòu)存在著很多優(yōu)勢。然而很少有研究將石墨烯的應(yīng)用范圍拓展到紫外波段,但在該波段,對石墨烯陷光結(jié)構(gòu)的研究在紫外線檢測、紫外光致發(fā)光、拉曼顯微鏡、化學(xué)傳感、火焰監(jiān)測和空間通信等實際應(yīng)用中很有應(yīng)用前景,可以基于石墨烯陷光結(jié)構(gòu)開發(fā)出高性能的紫外光電器件。而且由于石墨烯在紫外波段內(nèi)存在著多體效應(yīng),在紫外波段內(nèi)相比可見光和紅外波段與入射光存在在更強的相互作用,使其對垂直入射紫外光的吸收率比其他波段要高,但仍未超過10%,這使得該波段的石墨烯光電器件的開發(fā)受到一定的限制。本學(xué)位論文正是基于上述問題,研究紫外波段內(nèi)基于石墨烯的陷光結(jié)構(gòu)來增強石墨烯與光的相互作用,從而提高石墨烯對紫外光的吸收率,為設(shè)計高性能紫外光電器件打下基礎(chǔ)。在本文中研究了三種不同的基于石墨烯的陷光結(jié)構(gòu)。第一種為利用金屬表面等離激元結(jié)構(gòu)增強石墨烯紫外吸收,可將石墨烯吸收率提高到43%。該結(jié)構(gòu)無角度依賴性且易于集成為光電器件;第二種為無納米圖案化石墨烯紫外陷光結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)無需在石墨烯表面構(gòu)建納米圖案陣列,大大降低了加工難度,且將單層石墨烯吸收率提高到了 71.4%;第三種為基于石墨烯的全介質(zhì)納米光學(xué)完美吸收體,該結(jié)構(gòu)所有部分均使用無耗介質(zhì),大大降低了其他材料的能量耗散,使石墨烯的吸收率大大增加,可提高到99%以上。
【圖文】：

置；（Ｂ）布里淵區(qū)的Ｋ和Ｋ’點保證了兩個非等效谷附近的線性能量色散；（ｃ）石墨烯布里淵區(qū)的逡逑電子色散逡逑如圖１－２邋（ａ）所示，由于Ａ和Ｂ晶格之間的對稱性，石墨烯的導(dǎo)帶和價態(tài)在逡逑布里淵區(qū)Ｋ和Ｋ＇點簡并［１４］。這種簡并產(chǎn)生了電子條帶的線性色散［１４］［１５］。在石墨逡逑烯的兩個不等效的谷附近的電子表現(xiàn)為無質(zhì)量的狄拉克費米子，其速度逡逑ｖＦ？１０８ｃｍｓ＿１［１６Ｋ１７］。由于空間反演和時間反轉(zhuǎn)對稱性，Ｋ和Ｋ＇點的電子實際上是逡逑８重簡并的［１８］［１９］。這個簡并度反映了谷和自旋自由度，以及我們剛剛提到的能帶逡逑簡并。在Ｋ和Ｋ＇點附近，二維能量色散關(guān)系是各向同性的，，稱為狄拉克錐網(wǎng)［２１］。逡逑而離兩個谷較遠的位置，三角翹曲效應(yīng)改變了石墨烯的二維等能量輪廓。而在離Ｋ逡逑和Ｋ＇點更遠處，在Ｍ點的能帶結(jié)構(gòu)中存在著奇異鞍點，電子沿著Ｍ－Ｋ方向移動逡逑有著負的能帶有效質(zhì)量而沿著Ｍ－ｒ方向移動有著正的能帶有效質(zhì)量。在ｒ點處，逡逑導(dǎo)帶和價帶間距很大

子躍遷到未擾動帶的強度和電導(dǎo)率線形的不對稱性。從圖ｌ－３（ｂ）可以看出，在紫外逡逑范圍內(nèi)，懸浮石墨烯單層的光學(xué)透射率高于９１％，而基于有限元法的理論建模得到的逡逑結(jié)果與實驗測量結(jié)果比較吻合。根據(jù)圖１（ｂ）中的光譜，懸浮石墨烯在紫外波段內(nèi)的吸逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O613.71; TB3;TN23

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 龍威;黃榮華;;石墨烯的化學(xué)奧秘及研究進展[J];洛陽理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年01期

本文編號：2687542