石墨烯制最薄燈泡燈絲有助研發石墨烯芯片的光通信

石墨烯中心發光示意圖

　　愛迪生在發明燈泡時，最初是使用碳作為燈絲；現在，一個由美國哥倫比亞大學、韓國首爾國立大學和韓國標準科學研究院研究人員組成的國際團隊又回到同一種元素，他們首次展示了用只有一個碳原子厚度的石墨烯作為燈絲的芯片上可見光源：細條狀石墨烯燈絲與金屬電極相連，懸掛在基底上方，當電流通過時燈絲就會受熱發光。這項研究于15日發表在提前出版的《自然·納米技術》網絡版上。

　　“從本質上說，我們制造出了世界上最薄的燈泡。”研究論文合著者、哥倫比亞大學機械工程系教授王鳳仁（音譯）說，“這種新型‘寬帶’發光器可以被集成到芯片上，有望為實現只有原子厚度的柔性、透明顯示屏以及基于石墨烯芯片的光通信鋪平道路。”

　　要開發可與現有半導體集成電路媲美的完全集成“光子”電路，關鍵是讓芯片表面的微小結構發光。已經有很多方法可以做到這一點，但最古老、最簡單的人造光源——白熾燈泡卻無法被集成到芯片上，這主要是因為燈絲必須達到數千攝氏度，發出的光才可見，而微觀尺度的金屬線承受不了這樣的高溫；另外，微觀尺度上，熱量從燈絲向四周傳遞的效率極高，容易損壞芯片。

　　物理學家組織網的報道稱，通過測量石墨烯發出的光的光譜，研究人員發現石墨烯的溫度達到2500攝氏度以上，足以明亮發光。論文第一作者、哥倫比亞大學機械工程系博士后研究員金永德（音譯）解釋說：“原子厚度的石墨烯發出的可見光線如此強烈，無需額外放大，肉眼便能看見。”

　　石墨烯達到如此高的溫度而不熔化基板或金屬電極，是因為其具有一個有趣特性：當受熱時，石墨烯會變成熱的不良導體。這意味著高溫被局限在了中心的一個小“熱點”上。

　　論文共同作者、韓國標準科學研究院高級研究員裴明浩（音譯）說：“相對于置于固態基底上的石墨烯，我們能夠將懸于上方的石墨烯加熱至高達太陽溫度的一半，同時效率提高1000倍。”

　　該團隊還通過制成大規模化學氣相沉積（CVD）石墨烯發光器陣列，展示了這項技術的可擴展性。

　　研究團隊目前正在進一步探究這種裝置的性能，比如其開關的速度要多快才能創建光通信的比特位，同時也在開發將它們集成到柔性基板上的技術。