光电器件

研究展示了一种频率响应大于400GHz的自供电石墨烯光电探测器。该器件将超材料完美吸收器结构与石墨烯相结合，其中的非对称谐振器在石墨烯通道内诱导光热电定向光电流。该器件具有与光热电效应相关的准瞬时响应。典型的漂移/扩散时间优化并不需要高速响应。我们的研究结果表明，这些光热电定向光电流具有超越许多其他石墨烯光电探测器和大多数传统技术带宽的潜力。

首先，作者全面分析了几种代表性的2D材料，包括石墨烯、黑磷和过渡金属二硫化物（TMDCs）。这些材料不仅具有丰富的能带结构和光学性质，还能够在广泛的波长范围内实现高效的光电响应，甚至涵盖中红外和太赫兹波段。其次，作者深入研究了2D材料与硅光子器件的集成方法和大规模制备策略。由于2D材料的原子级厚度和良好的柔韧性，它们能够与成熟的CMOS加工技术完美结合，可以在硅光子结构上实现大规模集成，从而显著提升光电探测器的性能和可靠性。最后，作者重点探讨了这些新材料在现代通信技术中的多样化应用，包括室温成像、视觉传感器、光谱仪和测距系统等。这些应用展示了2D材料在不同领域的广泛应用潜力，进一步证明了其在光电子集成领域的重要性和可行性。

在这项研究中，研究人员提出了一种创新的电荷转移掺杂策略。他们通过将石墨烯氧化物（GO）悬浮液与2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基喹啉二甲烷（F4TCNQ）简单混合，并结合超声波处理，成功制备了F4TCNQ-GO复合薄膜。这种复合薄膜在650纳米波段的光响应性达到了惊人的1.57 × 10^3 A/W，超越了过去十年中报道的大多数基于GO/石墨烯的光电探测器。

3D -石墨烯的天然纳米级谐振腔结构提高了光子捕获效率，从而增加了光载流子的产生。n掺杂可以微调电子结构，提高肖特基势垒高度，减少暗电流。制备的光电探测器具有优异的自驱动光响应，特别是在1550 nm处，具有良好的光响应率(79.6 A/W)，比检出率(1013 Jones)和130 μs的快速响应。此外，它支持逻辑电路，高分辨率模式图像识别，以及可见光到近红外范围(400-1550 nm)的宽带光谱记录。

倾斜入射光的入射角，石墨烯等具有中心对称结构的材料也会产生太赫兹发射，这被归因于光拖曳效应（photon-drag effect）：在非热电子和空穴数量的不对称分布下，斜入射的飞秒光泵浦脉冲的有限面内光子动量转移到电子空穴对，导致价带和导带之间产生非垂直跃迁，进而产生非零位移电流偶极子和太赫兹发射。和水平生长的多层石墨烯相比，垂直生长石墨烯的太赫兹发射具有更高的效率。

成功地以电子方式产生并控制了最短脉冲宽度为 1.2 皮秒的石墨烯等离子体1 波包2 的传播。这一结果表明，太赫兹信号的相位和振幅可以通过石墨烯等离子体进行电子控制。它使太赫兹信号处理方法有别于使用晶体管的传统电路技术，有望为今后实现超高速信号处理做出贡献。

在我们之前的文章中，我们讨论了石墨烯和黑磷，这两种材料展示了出色的光电性能和应用潜力。本文将继续探索二维材料的分类，重点介绍过渡金属二硫化物（Transition Metal Dichalcogenides，简称TMDCs）和其他化合物二维材料。