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石墨烯片中的光致发声现象
作者:SF05课题组

  光与凝聚态物质的相互作用非常丰富多彩,相干性的产生与调控是特色之一,它的物理本质是将光的相干性传递给凝聚态物质。光致发声是把光照射到凝聚态物质上,从而产生声波。这一研究领域因几年前利用碳纳米管薄膜通过电致发声制备出扬声器而引起广泛的关注和兴趣。但是,光致发声效应在一般材料中很弱,很少在实验中观测到;要在光致发声中实现相干调控,则更加困难,此前实验上还没能做到。
  最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)表面物理实验室SF05组赵继民副研究员和陆兴华研究员等与美国德克萨斯大学奥斯汀校区施志刚教授、清华大学微电子研究所/清华信息科技国家实验室任天令教授、中科院物理所魏志义研究员(L07组)等合作在多层石墨烯片中发现了光致发声现象。这是国际上第一次在石墨烯材料中观察到这一现象。他们通过对时域和频域的声谱联合分析,特别是对比fs、ps、ns超快激光脉冲激发下的不同实验结果,提出了石墨烯片中光致发声的物理机理,指出这种材料中的光致发声是一种光-热-声过程,而非直接的光-声过程:光子的能量先传递给光生载流子(即电子),然后通过这些光生载流子把能量传递给热声子,最终通过热声子与周围环境的空气分子的作用,形成声波。石墨烯材料中特有的强电-声子相互作用在光致发声现象中发挥了至关重要的作用。在这项研究中,他们第一次发现了非简谐声波的存在,正是基于这一发现,他们运用超快激光脉冲技术实现了光对声波的相干调控,声波的相位差和强度可由脉冲重复频率精确控制。他们的这项工作为石墨烯在光能利用、光学扬声器、无接触声学装置等方面开辟了新的应用前景。
  此项工作得到了国家自然科学基金、科技部国家重大基础研究(973)计划和中国科学院对外合作重点项目等项目的支持。该工作发表于近期的Scientific Reports 5,10582 (2015).
图一 光波在石墨烯片层上通过电-声相互作用产生热,热再产生声波。
图二 光-热-声物理机制的验证:脉宽对比实验和时域-频域分析。
图三 光致发声的相干调控:通过改变光脉冲重复频率来调控声波相位差和强度。


发表于:2015-6-23
 
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