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石墨烯吸收率的宽带光捕获增强

DOI：10.1103/PhysRevB.99.035417 期刊：Physical Review B 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 石墨烯的低光学吸收率限制了基于石墨烯的光电器件的量子效率。我们展示了一种在简单立方木堆光子晶体内部插入石墨烯的结构，该结构实现了吸收率的宽带增强。由于该结构中存在光谱范围宽且密集的共振模式（尤其是那些几乎平行于光子晶体与背景材料界面传播的模式），从而产生了显著的光捕获效应。我们证明其整体吸收率比独立裸露的单层石墨烯高出约10至17倍（带宽与中心频率比为0.3时），以及高出约5至11倍（带宽与中心频率比为1.33时）。三层单层石墨烯的分散式插入结构在带宽与中心频率比为0.3时实现了约70%的整体吸收率。
作者： Xiwen Zhang，Sajeev John
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用光子晶体结构增强石墨烯的光吸收率，从而提升光电器件的性能。

研究成果

研究表明，在三维木堆光子晶体中插入石墨烯，由于密集共振模式（尤其是PIR模式）的光捕获效应，能显著增强其在宽频带范围内的吸收率。该方法可提高基于石墨烯的光电器件效率，有望应用于超快光电探测器。未来工作可包括实验实施及探索掺杂石墨烯以实现进一步性能提升。

研究不足

该研究基于模拟，未包含实验验证。模型假设了理想条件（如二氧化钛无吸收、镜面衬底完美），这些条件可能不切实际。向不同频率范围的扩展取决于材料特性和制造限制。

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