光電應(yīng)用比如光電探測器和發(fā)射器都依賴于其活性物質(zhì)與光強(qiáng)烈相互作用，所以大家會質(zhì)疑二維材料的性能這無可厚非。畢竟二維材料的橫截面最多只能由幾個(gè)原子構(gòu)成，因而沒有足夠的物質(zhì)與光相互作用。然而，即便隨手在網(wǎng)上一搜便會得到許多有關(guān)石墨烯和二維光學(xué)材料論文和專利。那么是什么讓這些材料如此有吸引力呢?

1. 超高速自由電子漂浮在石墨烯晶格上

石墨烯的原子結(jié)構(gòu)是每個(gè)碳原子都會連結(jié)其他三個(gè)原子，這對于其性能有著非常深遠(yuǎn)的影響。這是因?yàn)檫@樣的結(jié)構(gòu)使得一大群自由電子以極快的速度移動產(chǎn)生了前所未有的電子遷移率。因此，在高頻即便吸收少量的光便可有效地探測到變化。利用石墨烯的特性和一些巧妙的設(shè)計(jì)，已多次實(shí)現(xiàn)了石墨烯光電探測器在可見光和近紅外光譜的極高響應(yīng)率。然而，真正令人興奮的進(jìn)展是在1550nm左右波長的電信頻率中石墨烯光電探測器已實(shí)現(xiàn)數(shù)萬兆赫的操作速度!

2. 鈍化表面和晶格錯(cuò)配現(xiàn)象的消失

二維材料只在范德華力的基礎(chǔ)上相互作用于表面(這些微弱的力量保持了石墨各層的結(jié)合!)，因此它們不像傳統(tǒng)材料在硅上沉積時(shí)會產(chǎn)生表面應(yīng)力。當(dāng)然他們的表面同樣自然鈍化，由于沒有懸空鍵, 不僅最大程度降低損耗，也能降低光波導(dǎo)集成的難度。這些屬性使得全球研究人員不僅可以在硬基板，而且在柔性基板和透明基板上，利用半導(dǎo)體二維材料提取光時(shí)都能產(chǎn)生較高量子產(chǎn)率(已經(jīng)證明近似使用完美晶體的產(chǎn)能)。

在未來幾年，光發(fā)射器、調(diào)節(jié)器和光電探測器的研發(fā)浪潮必將到來。我們已經(jīng)看到了石墨烯探測器與硅技術(shù)的集成方面的大量技術(shù)準(zhǔn)備，但研究人員仍有大量機(jī)會將這種神奇的材料應(yīng)用于集成電路芯片!