万博体育客服:《自然·通讯》刊发董建绩教授团队研究成果

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  • 时间:2018-10-09 09:53
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  新闻网讯 2月9日,《天然·通信》(Nature Communications)刊发万博体育客服武汉光电国度实验室(筹)董建绩教学、丹麦技巧万博体育客服丁运鸿博士和Asger Mortensen教学配合研讨结果。该论文题为“Slow-light-enhanced energy efficiency for graphene microheaters on silicon photonic crystal waveguides”。 图1 董建绩(前排左三)教学团队合影   在“互联网+”的时期,每个人都在享受着信息产业的发达生长给糊口所带来的史无前例的便捷体验,高速的4G/5G网络、八门五花的手机APP、智能家居、无人驾驶汽车……所有的这些咱们耳熟能详的“矮小上”科技产品,无一例外地都依赖于其背地的高机能数据处置、传输中心器件。在传统的中心器件中,大多都是以电子作为信息的载体,然而,因为“电子瓶颈”的具有,使得传统的电子器件愈来愈难以餍足现代社会急剧增进的大带宽、低能耗的数据传输与处置的要求。而将光作为信息的载体,能充分哄骗光旌旗灯号所具有超高速、大带宽、低处置能耗的特性,这使得集成光子器件成为了庖代传统的电子器件的最佳挑选。为了保证集成光子器件的灵活性和可塑性,由金属资料制造的纳米热电极,常被铺设在集成光波导上,哄骗光波导折射率对温度的敏感性(热光效应),到达调控集成光子器件的倾向。然而,因为金属对通信波段的光旌旗灯号有着强烈的排汇亏蚀,在现实使用中,金属热电极与光波导之间必需设有一层较厚的氧化物作为隔离,恰是因为这层氧化物的具有,招致大部分热量都被氧化层所阻断,没法高效到达倾向波导,这直接招致调控所需的能耗较高,调控的速率也较慢,只能到达毫秒(十^-3秒)量级。这些因素都重大限制了集成光子器件进一步生长和使用。   来自华中科技万博体育客服武汉光电国度实验室和丹麦技巧万博体育客服的科研人员经由过程对集成光子器件的调控问题举行历久理论与探究后以为,将石墨烯与慢光效应相结合是解决这个问题的一个无效计划。作为一个近年来频仍出如今人们视线中的热门词汇,石墨烯因为其所具有的许多独特而又奇特的物理性质,成为了科学界和产业界追逐的焦点。石墨烯由碳原子依照呈蜂巢型六角晶格摆列形成,它是一种只有一个原子厚度的二维不凡资料。因此,它有着许多其他惯例资料所不具备的不凡物理性质,例如,它简直是透明的,只排汇2.3%的光;它的导热系数高达5300 W/m·K,是迄今为止导热性最佳的资料之一。这两个极其优秀特性意味着它也许是传统金属热电极的最佳庖代者。因为比拟于传统的金属电极,因为石墨烯对光极低的排汇率,使得石墨烯作为热电极能够牢牢的贴合在光波导的名义,而简直不消斟酌石墨烯对光的排汇所带来的亏蚀,防止了氧化层带来的热能亏蚀;同时,石墨烯极高的导热系数意味着它能以极快的速率将热运送至光波导上,使得调控速率大大提高。 图2 慢光加强的石墨烯热电极布局示意图    图3 慢光加强的石墨烯扫描电子显微镜图   更为巧妙的是,经由过程将传统的一般光波导设计成具有不凡能带布局的光子晶体波导后,再将石墨烯放置在光子晶体波导上,石墨烯热电极的机能能够失掉进一步的大幅度晋升,如图2和图3所示。这是因为在光子晶体波导中,光在其中的传播速率被减缓至真空中的1/30,这使得光旌旗灯号的无效加热长度大大添加,从而进一步大幅度下降了对光旌旗灯号调控所需的能耗。   基于以上的理论支撑,武汉光电国度实验室的张新亮教学团队成员董建绩教学和丹麦技巧万博体育客服(DTU)丁运鸿博士、Asger Mortensen教学开展配合研讨,制造出了慢光加强的石墨烯热电极器件。器件的测试结果显现(图4),慢光加强的石墨烯器件的热调效率高达1.07 nm·mW-1,比拟于无慢光加强的器件提高了近一倍,使得光旌旗灯号到达360度相移所需的能耗仅为3.99 mW,低于绝大多数传统工艺制造的金属热电极的能耗;同时,光旌旗灯号开关速率快至550 ns,比拟于传统的金属热电极的调制速率加快了近3个数量级,是迄今所报导的调控速率最快的纳米热电极。别的,该器件的综合评估目标(FOM)为2.543 nW·s,比已报导的机能最佳的纳米电极的综合评估目标高30倍,被评估为迄今为止综合机能最佳的纳米热电极。斟酌将来大规模集成光子回路中各类调控单位需求用到大批的微纳加热器,在能耗和调控速率上具有诸多挑战,因此本项研讨结果无望在将来的大规模光子集成回路如集成化相控阵雷达、光学恣意波形产生器等通信、国防要害器件上失掉宽泛使用。   图4 慢光加强的石墨烯热电极测试结果图。      该项结果于2017年2月9日发表于世界顶级综合类学术期刊《Nature Communications》,博士生严思琦为该研讨论文第一作者,董建绩教学、丁运鸿博士为通信作者。该项研讨失掉了中国国度天然科学基金委优秀青年基金(No. 61622502),丹麦独立研讨基金 (DFF-1337−00152 和DFF-1335−00771)和丹麦国度研讨基金项目(Project DNRF十3)的支撑。