武汉大学物理学院校友 团队发明最薄石墨烯 偏振器

最近，由武汉 大学物理科学与技术 学院校友为主要研究人 员，共同完成的有关 石墨烯在光电子领域应 用的论文于2011年5月29日 发表在《Nature－Photonics》上【 1】。他们依次是：第 一作者鲍桥梁博士（ 2004年材料物理与化学专 业博士生，现为NUS博士 后研究员），第二作 者张晗博士（2002级材料 物理专业本科生，现为 比利时ULB博士后研究员 ），第三作者王斌博 士（04级光学专业博士 生，现为新加坡IMRE博士 后研究员），唐定远 教授（1979级金属物理专 业本科生，现为南洋理 工大学教授）。该论 文的通信作者为新加 坡国立大学（NUS）化学 系罗建平（Loh Kian Ping）教授。

石墨烯具有 超高的电子迁移率在 未来电子器件上具有巨 大的应用前景，然而 目前面临的问题是石 墨烯晶体管不能完全处 于“关”的状态，因为漏 电流较大造成开关比 很小，短期内无法与传 统硅电子抗衡。相比 之下，石墨烯的光学 性质也非常奇特而丰富 ，光电子领域的研究 近来备受关注，各种 各种的新型光电子器件 相继诞生。该论文介 绍了他们首次研制成功 的世界最薄的石墨烯 宽波段偏振器。该偏 振器能将从可见光到近 红外范围内的任何非 偏振光束转化成具有 单一偏振方向的偏振光 ，并且具有极高的消 光比。

在该项研究中 ，鲍桥梁博士和张晗 博士共同负责实验设计 、构思和测试，王斌 博士搭建理论模型并展 开了一系列的模拟计 算，唐定远教授利用 其在光电子领域的深厚 造诣为研究指明方向 并提出建议。这个以 武大校友为骨干的研究 团队，早于2009年就开始 了石墨烯光电子器件 的研究，比如该团队 于2009年研发出石墨烯锁 模激光器【2】。

新加 坡国立大学罗建平教 授的研究小组于2009年开 始石墨烯的研究，该研 究得到新加坡政府一 千万新币为期五年的 CRP项目支持。目前，在 亚太地区处于领先的石 墨烯研究中心初具雏 形，不但能制备出大面 积高质量的单层石墨 烯原子，并且各种应 用领域取得一系列的突 破性进展。该石墨烯 偏振器的研究利用石 墨烯中心在材料制备上 的优势，并结合南洋 理工大学在光电子器件 测试上的优势，将单 层石墨烯原子转移到 光波导材料上（D型的光 纤，如下图），电磁 波通过耦合与石墨烯 有非常强的相互作用。 与传统金属材料和半 导体材料不同的是， 石墨烯即支持TM模也支持 TE模的传播，这都得益 于石墨烯独特的电子 结构和电导率。由于 TM模式的损耗比TE模式大 ，因此从石墨烯偏振器 出来的电磁波是在TE偏 振方向，这与类似结 构的金属薄膜偏振器得 到的TM偏振有本质上的 不同；最重要的是， 石墨烯偏振器是宽波 段工作的。

由于基于 石墨烯的光电子器件对 样品品质以及加工工 艺的要求相对不是十 分苛刻，该团队相信， 未来不久人们将在市 场上看到产品化的石墨 烯光电子器件。

【1】Qiaoliang Bao, Han Zhang, Bing Wang, Zhenhua Ni, Candy Haley Lim Yi Xuan, Yu Wang, Ding Yuan Tang, and Kian Ping Loh*. Broadband Graphene Polarizer. Nature Photonics, 2011, DOI: 10.1038/NPHOTON.2011.102, published online: 29 May 2011.
【2】Qiaoliang Bao, Han Zhang, Yu Wang, Zhenghua Ni, Yongli Yan, Zexiang Shen, Kian Ping Loh*, Ding Yuan Tang*. Atomic layer graphene as saturable absorber for ultrafast pulsed laser. Advanced Functional Materials,2009, 19(19), 3077-3083.