据物理学组织网站2018年2月5日报道，未来光通信技术的关键要求之一是开发能够发射超快光脉冲的纳米级光源。在新的研究中，韩国庆熙大学和美国哥伦比亚大学验证了能发射光脉冲的石墨烯基器件的带宽高达10吉赫兹，脉冲持续时间短于100皮秒，这表明石墨烯有可能作为这类光源的理想材料。研究成果发表在《纳米快报》。
石墨烯是纳米光子学中一种重要的新兴材料：最近的研究也验证了基于石墨烯的高速光电探测器和光学调制器。此次工作表明超快石墨烯基光子器件可实现光辐射。
石墨烯良好的热稳定性和低热容等性质，使其成为超快光发射器的有前景的候选者。此前研究已证实石墨烯基器件可辐射红外光和可见光，尽管实现快速开关调制的挑战依然存在。为解决该挑战，需要具有高效热传导的衬底-支撑器件设计，以在光脉冲之间实现快速冷却。
为解决这一需求，研究人员将石墨烯封装在六方氮化硼中。这种封装使得石墨烯达到足够高的温度，以在可见光和近红外光波段辐射明亮、稳定的光，并且可快速冷却。预计，该器件寿命至少长达4年。结果表明，该器件可产生超快光脉冲，脉冲持续时间短至90皮秒，与传统热辐射器相比，它的调制速率提高了几个数量级。
光学声子和声学声子可实现高速调制，并且石墨烯中的电子可与光学声子发生强耦合，但与声学声子发生弱耦合。最近研究表明，电子和光学声子可在石墨烯-六方氮化硼界面处形成混合模式，称为声子极化激元，可提供高效近场热传输。弱声学声子耦合作用和六方氮化硼中的直接电子弛豫，使得器件能以比利用热传导快得多的速度进行冷却，从而实现高速调制。
超快石墨烯发射器在100吉赫兹以上光通信中具有潜在应用，可延伸到片上光谱学、光电探测器和等离子体激元。此外，该器件也可作为超快加热器，有助于研究化学反应和相移。下一步，研究人员计划进一步提高器件的光发射性能。
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