美國哥倫比亞大學(xué)一項新研究證明石墨烯具有卓越的非線(xiàn)性光學(xué)性能，并據此開(kāi)發(fā)出一種石墨烯-硅光電混合芯片。這種硅與石墨烯的結合，讓人們離超低功耗光通信近了一步，讓該技術(shù)在光互連以及低功率光子集成電路領(lǐng)域具有廣泛的應用價(jià)值。相關(guān)論文發(fā)表在《自然•光學(xué)》雜志網(wǎng)站上。

　　該研究團隊由哥倫比亞大學(xué)的工程師和新加坡微電子研究所的研究人員組成。他們通過(guò)放置一個(gè)碳原子厚度的石墨烯薄片，成功將不發(fā)生光電或電光轉換的無(wú)源器件，轉化成為一個(gè)可發(fā)射微波光子信號、對波長(cháng)進(jìn)行轉換的有源器件。

　　器件所具備的非線(xiàn)性光學(xué)性能能改變系統參數(如透射比和波長(cháng)轉換)和輸入功率水平。團隊還發(fā)現，在這種由光驅動(dòng)的混合芯片上存在電子和熱響應，能發(fā)射出無(wú)線(xiàn)電信號，并可通過(guò)激光進(jìn)行調制。在使用不同光學(xué)頻率對無(wú)線(xiàn)電信號進(jìn)行調制后，石墨烯-硅混合芯片能夠產(chǎn)生完美的無(wú)線(xiàn)電諧振，且其所需功率比其他科學(xué)家用純硅電路實(shí)現的低50倍。

　　研究人員稱(chēng)，他們通過(guò)將兩種電磁場(chǎng)的混合產(chǎn)生了一個(gè)新的光頻，使用其傳輸信號時(shí)所需能源遠低于純硅電路，并在實(shí)驗中發(fā)現了四波混頻現象。這使這種混合結構可成為處理大量光學(xué)信號的平臺。而直到不久前，使用石墨烯的類(lèi)似應用還只停留在微米尺度的芯片上，極大限制了這種材料性能的發(fā)揮。

　　領(lǐng)導該研究的哥倫比亞大學(xué)機械工程學(xué)教授黃志偉(音)表示，石墨烯扮演了重要的角色，極大地提高了原有組件的非線(xiàn)性光學(xué)性能，使其具備了數字開(kāi)關(guān)切換功能和存儲能力。參與研究的顧婷怡(音)稱(chēng)：“我們已經(jīng)能夠對石墨烯的非線(xiàn)性性能做出證明和解釋?zhuān)@種石墨烯-硅混合芯片在實(shí)驗中表現出了卓越的性能，未來(lái)或將成為構建速度更快、效率更高的現代電信組件的基礎”。

　　哥倫比亞大學(xué)副教授詹姆斯.霍恩表示，目前石墨烯大面積、大批量的合成和生產(chǎn)已經(jīng)成為了現實(shí)，為此類(lèi)新型芯片的生產(chǎn)提供了基礎。而物理和應用物理學(xué)教授飛利浦.金認為，此次的出色工作表明，當石墨烯與硅結合后是一種獨特的光電材料，其具備的超快非線(xiàn)性光學(xué)調制性能，將為超快芯片、高速光通信等許多新穎的應用打開(kāi)大門(mén)。