石墨烯新應用：兆頻輻射濾波器與偏振片
- 上線日期：2012/6/23 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國研究人員以數層石墨烯(graphene)與絕緣層製作出一種新穎材料，能有效屏蔽兆赫與微波輻射，同時讓可見光穿透。這種材料製成的遮罩可以用來強烈吸收電磁頻譜中的某特定波段，可望應用於高敏電子設備中來減少外來的電磁干涉。該團隊亦表示此材料能用來製造兆赫濾波器與極化片。
石墨烯雖然只有單原子厚，卻能強烈吸收波長範圍相當廣的電磁波，尤其是遠紅外線以及兆赫輻射，而一般材料通常需要數千曾原子厚才能有相同的吸收效果。這是因為石墨烯具有獨特的電子性質，材料中的電子能以極高速度運行其中，行為類似無靜止質量的相對論性迪拉克(Dirac)粒子。
IBM華生(TJ Watson)研究中心的Phaedon Avouris等人利用石墨烯片及絕緣層交替組成薄膜，他們發現由5層石墨烯片及5層絕緣層組成的薄膜便能隔絕高達97.5%的兆赫與微波輻射，但對可見光仍維持透明。該研究團隊人員還將該材料製作成微小的石墨烯碟型與帶狀結構，這些寬數微米的結構會產生電漿子來吸收光線。電漿子是一種由電子集體震盪所形成的準粒子，會與光發生強烈的交互作用，並將其侷限在遠小於光波長數百倍的範圍中。
該團隊以晶圓等級的石墨烯片及薄絕緣層交錯堆疊出一個含5週期的薄膜，接著將整個樣本圖案化成3D類光子晶體(photonic crystal)結構，並以傅立葉轉換紅外線光譜儀(Fourier transform infrared spectrometer)來測量兆赫波段的穿透頻譜。團隊成員Hugen Yan表示，石墨烯在此元件中扮演活性介質的角色，材料中的電漿子(plasmon)能吸收並增強兆赫與微波輻射的反射，致使穿透輻射量下降。而當奈米碟/帶狀結構內的電漿子與兆赫輻射產生共振時，元件具有最佳的屏蔽效率。
石墨烯可作為屏蔽兆赫與微波輻射的透明材料，防止高精確度電子裝置免於外來的電磁干涉，或隔絕對人體有害的電磁輻射。在光電應用上，圖案化石墨烯可用來製作兆頻輻射濾波器及偏振片 (polarizer)。該團隊目前正研究在外加高磁場下，圖案化石墨烯奈米結構對兆頻輻射的反應，他們也計畫探討石墨烯電漿子學在其他頻率下的表現，如中紅外光波段等。詳見Nature Nanotechnology｜DOI:10.1038/nnano.2012.59。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/49418
譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:劉家銘
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