这些应用的理想材料首先应提供很高的转换效率，这意味着必须将很大一部分入射光束转换为所需波长的光。

还要求其占地面积小（也就是说，必须使用尽可能少的材料）；与大多数电子设备中使用的标准CMOS技术兼容；并能够在室温下运行。

对于入射光处于电磁频谱的太赫兹（THz）区域的应用，特别需要一种最佳解决方案。人眼无法看到这种光，但是它通常用于从机场安全到产品检查的各种应用，并且可以在未来的通信技术中发挥重要作用。

二维材料对于光转换非常有趣。它们由单层原子（或两层原子）组成，因此厚度几乎为零（这就是为什么将它们称为2D材料）的原因。

该特性确保了较小的材料占地面积。另外，由于它们比光的波长薄，因此在这些材料中传播的光波保持同相。其中，石墨烯是由蜂窝结构中排列的单层碳原子制成的众所周知的材料，特别有前景。

这是因为它表现出非常大的非线性转换系数，尤其是在THz范围内。但是，另一方面，由于光可以与之相互作用的少量物质，其极薄的厚度会影响其转换效率。

为了克服这个问题，作者决定将石墨烯与另一种增强这种相互作用的材料系统结合使用。

来自加泰罗尼亚的纳米科学和纳米技术研究所（西班牙，ICN2），Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德国，HZDR），光子科学研究所（西班牙，ICFO），马克斯·普朗克聚合物研究所的一组研究人员，美因茨（德国），比勒费尔德大学（德国）和柏林工业大学（德国TUB）将石墨烯与提供场增强的金属结构相结合，从而形成了一种具有非常高的非线性光转换效率的混合材料。

正如最近在ACSNano上发表的一篇科学文章中所解释的那样，这种结构（光栅石墨烯）以新波长产生出射光，其强度比仅使用石墨烯获得的强度高1000倍以上。

ICN2纳米级超快动力学小组负责人，论文的最后作者Klaas-Jan Tielrooij博士解释说：“石墨烯和金属光栅的结合可实现太赫兹光的高效转换，在现场可达到1％ ”），来自该工作的第一作者HZDR的Jan-Christoph Deinert博士补充说：“这种混合材料使我们能够观察到振荡三倍，五倍，七倍甚至八倍的光。比入射光快九倍。”

这种混合材料出色的转换效率确保了转换过程中的低功耗，同时石墨烯与CMOS技术的兼容性允许集成在基于这种技术的设备中。

总的来说，这种光栅-石墨烯结构本身是需要在太赫兹状态下进行非线性转换，芯片集成，室温操作和低功耗的商业可行应用的理想选择。

资料来源：https :  //icn2.cat/en/
原文链接：https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=37681
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