石墨烯灯丝将促进石墨烯芯片光通讯技术研发

摘要：一个由美国哥伦比亚大学、韩国首尔国立大学和韩国标准科学研究院研究人员组成的国际团队又回到同一种元素，他们首次展示了用只有一个碳原子厚度的石墨烯作为灯丝的芯片上可见光源。

石墨烯灯丝将促进石墨烯芯片光通讯技术研发

爱迪生在发明灯泡时，最初是使用碳作为灯丝；现在，一个由美国哥伦比亚大学、韩国首尔国立大学和韩国标准科学研究院研究人员组成的国际团队又回到同一种元素，他们首次展示了用只有一个碳原子厚度的石墨烯作为灯丝的芯片上可见光源：细条状石墨烯灯丝与金属电极相连，悬挂在基底上方，当电流通过时灯丝就会受热发光。这项研究于15日发表在提前出版的《自然·纳米技术》网络版上。

“从本质上说，我们制造出了世界上最薄的灯泡。”研究论文合著者、哥伦比亚大学机械工程系教授王凤仁（音译）说，“这种新型‘宽带’发光器可以被集成到芯片上，有望为实现只有原子厚度的柔性、透明显示屏以及基于石墨烯芯片的光通信铺平道路。”

要开发可与现有半导体集成电路媲美的完全集成“光子”电路，关键是让芯片表面的微小结构发光。已经有很多方法可以做到这一点，但最古老、最简单的人造光源——白炽灯泡却无法被集成到芯片上，这主要是因为灯丝必须达到数千摄氏度，发出的光才可见，而微观尺度的金属线承受不了这样的高温；另外，微观尺度上，热量从灯丝向四周传递的效率极高，容易损坏芯片。

物理学家组织网的报道称，通过测量石墨烯发出的光的光谱，研究人员发现石墨烯的温度达到2500摄氏度以上，足以明亮发光。论文第一作者、哥伦比亚大学机械工程系博士后研究员金永德（音译）解释说：“原子厚度的石墨烯发出的可见光线如此强烈，无需额外放大，肉眼便能看见。”

石墨烯达到如此高的温度而不熔化基板或金属电极，是因为其具有一个有趣特性：当受热时，石墨烯会变成热的不良导体。这意味着高温被局限在了中心的一个小“热点”上。

论文共同作者、韩国标准科学研究院高级研究员裴明浩（音译）说：“相对于置于固态基底上的石墨烯，我们能够将悬于上方的石墨烯加热至高达太阳温度的一半，同时效率提高1000倍。”

该团队还通过制成大规模化学气相沉积（CVD）石墨烯发光器阵列，展示了这项技术的可扩展性。

研究团队目前正在进一步探究这种装置的性能，比如其开关的速度要多快才能创建光通信的比特位，同时也在开发将它们集成到柔性基板上的技术。