用光激发石墨烯的难题解决了

光检测和控制是许多现代设备应用的核心，例如你手机中的相机。使用石墨烯作为光检测器的光敏材料相比于现在使用的材料可以提供显著的改进。例如，石墨烯可以检测几乎任何颜色的光线，并且在百万分之一秒内发出极快的电子响应。

因此，为了正确地设计基于石墨烯的光检测器，了解在石墨烯吸收光之后发生的过程是至关重要的。

一个欧洲科学家组成的团队已经成功地理解了这些过程。这些科学家们分别来自西班牙巴塞罗那的光子科学研究所（ICFO）、Genova的意大利技术研究所（IIT），英国Exeter的埃克塞特大学和来自德国美因茨的约翰内斯古腾堡大学。

最近在Science Advances上发表的论文（“The ultrafast dynamics and conductivity of photoexcited graphene at different Fermi energies”），他们的研究在论文中彻底解释了为什么在某些情况下石墨烯的电导率在光吸收后增加，而在其他情况下，则会下降。研究人员们表明，这种行为与从吸收的光能量流向石墨烯电子的方式相关：在石墨烯吸收光之后，石墨烯电子加热的过程发生得非常快并且具有非常高的效率。

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超快光泵浦-太赫兹探针实验示意图，实验过程中光泵引起电子加热，所述电子加热过程后，太赫兹脉冲立即对石墨烯的电导率敏感，该过程发生的时间尺度快于百万分之一秒。（图片来源：Fabien Vialla / ICFO）

对于高度掺杂的石墨烯（其中存在许多自由电子），超快电子加热导致具有升高的能量的载流子 - 热载流子 - 这反过来导致导电率降低。有趣的是，对于弱掺杂的石墨烯（其中不存在太多自由电子），电子加热导致产生额外的自由电子，并因此导致电导率的增加。这些额外的载流子是石墨烯无间隙特性的直接结果 - 在带隙材料中，电子加热不会导致额外的自由载流子。

石墨烯中光致电子加热的这种简单情况可以解释许多观察到的效应。除了描述材料在光吸收之后的导电特性之外，它还可以解释载流子倍增，在载流子倍增过程中 - 在特定条件下 - 一个被吸收光粒子（光子）可以间接产生多于一个额外的自由电子，从而在设备中产生一个有效光响应。

本论文的结果，特别是对电子加热过程的准确理解，无疑意味着将大大促进基于石墨烯的光探测技术的设计和开发。

原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=50173.php（实验帮译）

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