石墨烯提供了一种使电力变成光线的新方法

该图示描绘了来自一片石墨烯的光发射的过程，其表示为载体材料的顶表面上的蓝色格子。在中心向上移动的浅色箭头描绘了一种快速移动的电子。因为电子比光本身快速移动，所以它产生冲击波，其在两个方向上喷出等离子体。

通过向速度放慢速度慢于流动的电子，科学家们已经开发出一种新的途径来将电力变为光线。

当飞机开始移动的速度比声速快，它产生一个冲击波，产生了一个众所周知的声音“繁荣”。现在，MIT和其他地方的研究人员在一片石墨烯中发现了类似的过程，其中电流可以在某些情况下超过速度速度的速度，并产生一种光学“臂”：一个强烈，聚焦光束。

研究人员表示，这种将电力转换为可见辐射的新方法是高度可控，快速，高效，并且可能导致各种各样的新应用。这项工作是在“自然通信”期刊上的作品中，用两个麻省理工学院教授 - MarinSoljačić，物理学教授;弗朗西斯赖特戴维斯戴维斯的物理学教授 - 以及邮政编码Ido Kaminer，以及以色列，克罗地亚和新加坡的六人。

新发现从有趣的观察开始。研究人员发现，当光撞击一片石墨烯时，这是元素碳的二维形式的，它可以减慢倍数几百。他们注意到，戏剧性放缓，呈现出一个有趣的巧合。当它们移动穿过相同材料时，通过石墨烯片的光子（光颗粒）的速度降低（光的颗粒）碰巧非常接近电子的速度。

“石墨烯有这种捕获光的能力，在我们呼叫表面等离子体的模式中，”帕纳尔解释说，谁是纸张的领先作者。等离子体是一种虚拟粒子，其表示表面上的电子振荡。他说，通过石墨烯通过石墨烯的速度是“比自由空间中的光慢，”他说。

这种效果与另一种石墨烯的卓越特性携带：电子以非常高的速度通过它，每秒高达百万米，或者在真空中的光速约1/300。这意味着，如果可以调谐材料以使其速度匹配，这两种粒子之间可能发生显着的相互作用，这两种速度可能发生了足够的相似性。

Soljačić说，这种性质的组合 - 减慢光线和允许电子移动非常快速，是“石墨烯的不寻常性质之一”。这表明使用石墨烯产生相反效果的可能性：产生光而不是捕获它。“我们的理论工作表明，这可以导致一种新的发电方式，”他说。

具体而言，他解释说：“这种转换是可能的，因为电子速度可以在石墨烯中接近光速，打破”光屏障“。正如破坏声障那样产生声音的冲击波，他说，“在石墨烯的情况下，这导致发光的光波，陷入了两个维度。”

该现象已经利用了，所谓的Čerenkov效应，在80年前苏维埃物理学家PavelČerenkov首次描述。通常与天文现象相关联，并利用作为通过宇宙冲击的超快宇宙粒子的一种方式，并且还要检测由粒子加速器中的高能量碰撞产生的粒子，因此效果没有被认为是与土地技术相关的当物体接近光速时，有效。但研究人员说，石墨烯片内的光线放缓提供了利用这种效果的机会。

将电力转换为光线的许多不同的方式 - 从托马斯爱迪生的加热钨丝，到了一个多个世纪前，向荧光管，发光二极管（LED）的发光二极管（LED），为家庭提供了许多展示筛网灯光。研究人员说，这种基于新的基于等离子体的方法最终可能是更高效，更紧凑，更快，更具可调的替代品的一部分。

也许最显着，这是一种有效和可控地产生具有与当前微芯片技术兼容的等级的方式。基于石墨烯的系统可能是用于创建新的光基电路的关键芯片组件，这被认为是在计算技术朝向更高且更高效的设备的计算技术演变中的主要新方向。

“如果你想在芯片上做各种信号处理问题，你想要有一个非常快的信号，也能够在非常小的尺度上工作，”Kaminer说。计算机芯片已经将电子设备的规模降低到技术撞到了一些基本的物质限制，因此“您需要进入不同的电磁制度，”他说。使用光而不是流动的电子作为移动和存储数据的基础具有推动操作速度的潜力“比电子产品中使用的六个数量级，”Kaminer说 - 换句话说，原则上最多达到一百万次快点。

他说，研究人员面临的一个问题是，虽然电力很容易限制在电线内，但光线往往会展开。然而，在一层石墨烯内，在正确的条件下，梁非常局限。

“石墨烯有很多兴奋，”Soljačić“，”因为它可以很容易地与其他电子设备集成“，使其能够用作片上光源。到目前为止，工作是理论上的，所以下一步将是创建系统的工作版本来证明这一概念。“我有信心在一到两年内应该是可行的，”他说。然后，下一步是为最大的效率优化系统。

这一发现是一个真正的创新概念，有可能成为解决在纳米级实现高效和超快电光信号转换的长期问题的关键，“助理教授Jorge Bravo-Abad说在马德里自治大学，西班牙，没有参与这项工作。

此外，Bravo-Abad说：“作者的作者发现的Čerenkov排放的小说实例为纳米级系统中的Čerenkov效应研究了全新的前景，而无需先进的实验组。我期待着看到这些发现肯定在物理和纳米技术之间的界面中的显着影响和含义。“

美国军队研究实验室和美国军研究办公室通过麻省理工学院的士兵纳米技术研究所支持该研究。该团队包括研究人员Yichen Shen，Ignjen Itic和MIT的Josue Lopez; Yaniv Katan在Technion，在以色列海法;萨格勒布大学的Hrvoje Buljan在克罗地亚;在新加坡制造业技术研究所梁捷黄。

出版物：IDO KAMINER等，“QuantumČerenkov效应的”高效等离子体发射从石墨烯的热载体，“自然通信，2016; DOI：10.1038 / ncomms11880