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便携式激光打标机的颖光电器
- 2017-09-04 -

碳资料在天然界含量丰厚,而且是现在仅有的同位素构型涵盖零维到三维的单元素系统。富勒烯、碳纳米管及石墨烯的相继发现,使得碳宗族资料成为资料科学和纳米技能范畴长时间的研讨热门。特别是1D碳纳米管和2D石墨烯,在电子和光电子范畴展现了巨大的使用价值。便携式激光打标机南京大学电子科学与工程学院王枫秋教授课题组从全碳复合资料界面处丰厚的调控自由度和高效的电子搬迁动身,提出将1D的单壁碳纳米管和2D石墨烯结合构成“原子层厚”薄膜,有望构成与传统二维异质结不同的,可规模化制备的光电功用资料。近年来,课题组在全碳异质资料的制备、光电子器材及光电物性研讨方面取得了一系列的研讨效果。

课题组根据石墨烯/碳纳米管异质结薄膜初次完成了全碳宽谱光探测器。针对现在石墨烯基光探测器呼应度低和碳纳米管薄膜探测器呼应速度慢的问题,课题组使用碳纳米管photogatting效应完成了105的光导增益,在坚持宽谱呼应(400-1550 nm)的情况下,完成了器材高呼应度(>100 A/W)与高呼应速度(104 Hz)的协同优化,见图2。该研讨也初次将根据二维资料的范德瓦尔斯异质结(van der Waals heterostructures)扩展到了1D/2D复合结构,为研讨范德华异质结中根据量子限制效应的别致物理现象供给了一个全新的渠道。相关效果以Planar carbon nanotube-graphene hybrid films for high-performance broadband photodetectors为题发表于国际威望期刊《天然-通讯》(Nature communications 6, 8589, (2015))。

图2. (a) 石墨烯/碳纳米管异质结薄膜器材呼应度随光功率的函数联系;(b) 器材的呼应速度;(c) 器材的可见光-近红外波段光呼应

紧接着,课题组经过光电流表征结合拉曼光谱统计学剖析,研讨了石墨烯/碳纳米管异质结界面处的载流子动力学,证明了全碳异质结界面处载流子动力学与碳纳米管的手性密切相关。研讨发现,半导体型碳纳米管/石墨烯异质结:光照下,光生电子在内建电场效果下向石墨烯搬运,构成光电流;而金属型碳纳米管/石墨烯异质结,光电流的发生则是因为光照下石墨烯的热效应引起的。相关效果以Charge transfer at carbon nanotube-graphene van der Waals heterojunctions为题发表于纳米范畴闻名期刊《Nanoscale》(Nanoscale, 8, 12833, (2016))


全碳系统特殊的力学特性使其在柔性电子学范畴具有极大的使用空间,课题组使用石墨烯/碳纳米管异质结薄膜在柔性衬底PET上面构建晶体管,演示了器材在不同应力曲度下仍然可以坚持很好的光电呼应(呼应度~50 A/W,呼应速度~40 ms),见图4。该作业证明了全碳资料系统具有杰出的机械柔韧性,便携式激光打标机而且具有大面积集成的优势,在可穿戴器材范畴具有潜在使用价值。相关效果以Graphene-carbon nanotube hybrid films for high performance flexible photodetectors为题发表于纳米范畴闻名期刊《Nanoscale》(Nano Research 10, 1880, (2017))


近期,课题组在类神经元器材方面也进行了探究。跟着科技的不断发展,摩尔定律逐渐走向了它的物理极限,关于“类脑芯片”的研讨越来越遭到重视。与传统计算机处理方法不同,神经形状器材模仿生物大脑进行数据处理,因此在处理直觉(如模式、语音辨认等)、非结构化信息方面具有得天独厚的优势。作为类脑芯片的根底,类突触器材近年来获得了广泛重视并成为了该范畴研讨的焦点。但是,根据电鼓励方法的传统人工突触器材的数据采集和神经元运算是分离的,一起多数突触器材因为其耦合因子固定,导致其突触权重不易调控,这与生物体中突触的可塑性具有显着差异。这些要素制约了类脑芯片向更高维度智能的完成。根据此,课题组将光子引进神经网络,使用全碳异质结薄膜成功完成了光鼓励的新颖类突触器材,模仿了短时程、长时程可塑性以及多通道光鼓励信号的逻辑运算,见图5,使其可以有用模仿人的视觉神经系统(兼具感光功用和光信号处理的一个杂乱的神经计算系统)。相关效果以A light-stimulated synaptic device based on graphene hybrid phototransistor为题发表于二维资料研讨范畴闻名期刊《2D Materials》(2D Materials 4, 035022, (2017))


图5.石墨烯/碳纳米管异质结构类突触器材 (a) 短时程 (b) 长时程物理机制及测试成果,经过背栅可调制类突触器材的可塑性。

该系列作业以南京大学电子科学与工程学院、人工微结构便携式激光打标机科学与技能协同立异中心为首要研讨渠道,得到了张荣教授、徐永兵教授以及施毅教授的有力支撑,并遭到科技部要点研发方案、国家天然科学基金委、“青年千人方案”、“江苏省双创团队方案”、“江苏省杰出青年基金”等的赞助。