【摘 要】
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石墨烯是一种具有狄拉克锥能带结构的零带隙二维材料。金作为一种经典金属,费米能级位于sp带内,同样表现为无带隙性质。因此石墨烯和金不能有效实现光子发射。虽然它们能够通过热载流子复合产生光子,但通常效率很低。这是因为这两种材料的非平衡载流子弛豫时间比辐射寿命快得多。从理论上讲,有两种方法可以增强石墨烯和金属纳米结构中的超快光致发光:一种方法是降低非平衡载流子的弛豫速率,另一种方法是增加辐射效率。在本文
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石墨烯是一种具有狄拉克锥能带结构的零带隙二维材料。金作为一种经典金属,费米能级位于sp带内,同样表现为无带隙性质。因此石墨烯和金不能有效实现光子发射。虽然它们能够通过热载流子复合产生光子,但通常效率很低。这是因为这两种材料的非平衡载流子弛豫时间比辐射寿命快得多。从理论上讲,有两种方法可以增强石墨烯和金属纳米结构中的超快光致发光:一种方法是降低非平衡载流子的弛豫速率,另一种方法是增加辐射效率。在本文中,针对这两种方法展开研究:为了增加非平衡载体的弛豫时间,构建悬空结构,让材料与衬底分离,尽量降低材料与衬底间的热声子交换;为了提高辐射率,构建共振结构来增加Purcell因子。在悬空石墨烯结构中,通过增加热载流子弛豫时间来增强光子发射强度;在悬空金/石墨烯复合结构中,光子发射强度随孔尺寸增大而增大。在石墨烯微盘共振结构中,Si3N4盘转移在石墨烯上,构成一个高Q值的微腔,使得光在Si3N4微腔结构受到很强的局域作用。由于目前大多数半导体光源都是基于带隙设计并且受带隙限制,因此该研究有助于开发具有发射波长不受带隙限制的材料;同时光子谐振腔的转移技术和二维材料的转移技术相结合,可应用于未来的片上集成光源制作。
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