石墨烯系統電致發光研究

《石墨烯系統電致發光研究》是依託中國礦業大學，由董海明擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯系統電致發光研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：董海明
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

石墨烯是二維相對論費米子系統，由於獨特的電子結構和光電學性質，在基礎科學、光電材料和器件等領域擁有十分重要的研究和套用價值。目前石墨烯在偏壓電場下的電致發光和製備發光器件的研究取得了重大的實驗研究進展[如Nature Nanotechno. 10, 676(2015)]。申請者長期從事石墨烯光電特性的研究工作，在此研究基礎之上本項目將從量子理論出發建立完善的理論模型研究石墨烯高場非線性電輸運性質以及熱輸運性質；揭示高場時石墨烯電子空間局域化的原因；並將發展系統的量子理論模型研究石墨烯熱電子發光特性，詳細研究並理解該系統發光的物理原因，並結合實驗進行驗證。本項目希望建立系統的量子理論解釋偏壓電場調製的石墨烯電致發光機理，探索利用石墨烯實現電場調控頻率可調的發光的方法，為石墨烯外場調控的發光實驗研究和實際套用提供理論依據和研究思路。

結題摘要

單層碳原子厚的石墨烯具有獨特的電子和光學性質，使其在現代光電科學和器件領域擁有十分重要的研究價值。基於石墨烯在電場控制下的發光研究和製備發光器件的研究取得了重大的研究進展，本項目系統研究了石墨烯系統在強場下的非線性光電特性，研究了石墨烯熱電子的電子性質，以及發光特性。發展了量子理論模型，研究了無襯底獨立存在的石墨烯的電致發光性質，研究詳細揭示了石墨烯高場電致發光機理和調控機制。研究並解釋了強外場下的石墨烯等系統非線性光學性質。通過建立自洽模型，分析得到了石墨烯在外加偏壓電場下的光學係數的解析表達式，該表達式能夠很好的解釋和理解相應的實驗結果。研究表明石墨烯系統的光學性質能夠被外加的門電壓以及外加的偏壓輸運電場有效的調節。研究發現外界磁場強度增加，石墨烯量子點系統的能谷內的激子將轉變成能谷間的激子。外界磁場強度增大，兩種石墨烯量子點的激子束縛能並不會增加。兩種激子的光學躍遷可以通過外界的磁場進行調節，谷依賴的激子躍遷能夠在石墨烯量子點系統實現。發展了光柵型的石墨烯太赫茲發光器件模型，利用該模型可以實現電場調控的熱電子發射等離激元，其頻率從太赫茲到紅外區。通過外加電場，可以有效的調控該等離激元的發射。發展了基於石墨烯-電介質系統的超結構器件，可以實現兩種耦合可調的表面等離激元極子。其中光學型的耦合表面等離激元極子可以用來有效的發射太赫茲光，而且能夠被外電場有效的調控，比傳統的表面等離激元結構更有優勢。這些研究一方面有助於深入理解石墨烯獨特的光電性質，另一方面也為實驗研究提供必要的理論基礎，為深入研究和發展石墨烯光電器件，尤其是太赫茲器件打下了良好的研究基礎。