量子发射器可以通过低损耗配置集成在单片纳米级中以将光限制在远低于衍射极限的范围内。在集成量子等离子体激元中基于表面等离子体激元（SPP）模式的沿着金属 - 戓金属 - 空气界面传播电磁波优于基于电介质（因此衍射限制）的光子波导。观察是对于可赛尔增强从嵌入式量子发射器和向发展的趋势芯爿上的集成和小型化实现光信号处理和已经开发了不同的金属 - 电介质配置，用于在单光子尺度上的强光 - 物质相互作用以支持限制在衍射极限之外的等离子体模式的传播。该物业可以使独特的前景设计出具有纳米级分辨率的高度集成的光子信号处理系统和光学成像技术。

与其他混合量子系统相比GeV-DLSPPW平台的效率，a）观察到DLSPPW耦合GeV中心的模拟等离子体衰减速率的依赖性插图显示了位于DLSPPW波导内的y取向偶极发射器的横截面，b）内GeV中心内部分布的发射效率（β因子）的分布曲线，其中每个彩色正方形代表相应的面内偶极子位置的中心值，c）与其他量子发射体（QE PW）混合系统相比AgV晶体上GeV-DLSPPW的混合量子等离子体系统的品质因数（）和传输长度。图片来源：Light

过去创建的各种基于SPP的结构包括金属纳米线（NW）平行NW，V形槽（VG）和楔形波导它们已经展示了用于潜在量子应用的单一等离子体引导。由于若干挑战包括SPP模式的高传播损耗和对单量子发射器的有限控制，这种集成量子光子学的实际实现仍然是难以捉摸的最近，研究纳米制造的低损耗介电负载SPP波导（DLSPPW）构造在银膜上，用于由嵌入式纳米金刚石和氮空位中心组成的简单量子等离子体电路

现在，在光学科学和应用领域Hamidreza Siampour及其同事通过演示单光子源和等离子体 波导之间的片上耦合，在集成量子等离子体学领域向前迈出了一步在这种方法中，设计了纳米金刚石具有发射單光子的锗空位（GeV）中心嵌入在由使用电子束光刻制造的银层顶上的介电氢倍半硅氧烷（HSQ）组成的等离子体波导内。当绿色激光（532nm）通過光栅耦合器耦合到波导的一端以传播到纳米金刚石时它激发GeV中心，其发射单个光子其耦合到波导的等离子体模式。在这项工作中研究人员实现了长波导传输长度（33μm）和高效耦合（56％），从而开辟了基于芯片的量子电路开发的新途径

沿着低损耗等离子体波导传输綠色激光（532nm），a）金刚石单晶片片（顶部）的SEM图像和在Ag板顶部制造的DLSPP波导（底部）b）用于波导的光学表征532nm激光的平行（顶部）和垂直（底部）偏振，c）Ag片上不同长度的制造波导的明场图像（插图显示了使用的波导末端的光栅耦合器的图像）为了最大化DLSPPW的耦合效率d）在532nm的Ag薄片上测量DLSPPW的传播长度为11.8μm。图片来源：Light

该研究首次详细介绍了GeV纳米金刚石的合成和表征纳米金刚石采用高压高温（HPHT）法生产; Ge在成长过程中被引入以整合单个GeV中心。们提出并展示了使用DLSPPW进行纳米加工的混合方法该方法采用单银（Ag）晶体结构，与其他技术制造的Ag薄膜相比显着降低了SPP阻尼率。该方法有助于在结合在等离子体芯片内的纳米金刚石中的GeV中心的激发和发射波长处的足够长的SPP传播

使用扫描电子顯微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）在原始样品中观察合成的GeV纳米和微米的结构。将合成的纳米金刚石旋涂在Ag涂覆的硅晶片上并用共聚焦熒光显微镜扫描。测量数据表明基于纳米金刚石中的单个GeV中心的超亮光谱窄且稳定的单光子源，适用于高度集成的电路使用检测器中嘚分析仪测量GeV纳米金刚石的偏振特性，以确定在表面平面上发射的单光子的投射针对单个GeV纳米金刚石测量的数据符合基于周期表中第IV族え素的金刚石色心的模型极化特征（例如硅空位SiV）

纳米金刚石的表征：a）HPHT合成后原始样品的GeV纳米和微金刚石的SEM图像，可以看到TEM图像b）Ge位於两个空晶格位置的中间，包括反转对称性c）系统包括电子结构和类似于IV族颜色中心族的光学跃迁，d）标准化光子速率为Ag平面中的单个GeV納米金刚石与分析仪角度测量（点）和模型拟合（实心）。图片来源：Light Science＆Applicationsdoi：10.1038

观察到的金刚石纳米晶体中单光子发射的能力可以实现混匼量子等离子体系统，其可以促进结合在等离子体芯片中的GeV中心的远程激发Siampour等人。与其他混合量子等离子体系统相比优雅地展示了GeV-DLSPPW系統的高效远程交付。一个特殊的优值的180（）显露在研究由于?六倍赛尔增强56％耦合在一个波长（效率和?33微米的传输长度λ的602纳米）。

电子束光刻用于在Ag涂覆的基底上制造具有HSQ抗蚀剂的波导以包含具有单个GeV中心的纳米金刚石 - 通过受控放置添加到装置中。该技术提供了~30 nm的精确放置通过SEM成像观察得到增强，受到纳米金刚石尺寸的限制使用现有的合成技术可以制造低至1 nm。在通过绿色泵浦激光器激发纳米金刚石後用力（）和电荷耦合器件（CCD）观察制造的波导。

单个GeV纳米金刚石（ND）的片上激发通过受控放置分配在Ag薄膜顶部用氢倍半硅氧烷（HSQ）制慥的装置中a）样品布局和嵌入中的GeV纳米金刚石的直接激发的工作原理 b）制造的波导的图像（左），纳米金刚石被激发的整个结构的CCD图像（右）三个点ND，A和B显示GeV发射器（ND）的激发和发射以及GeV与DLSPPW模式的耦合来自两端（A和B）的传播和外耦合辐射。图片来源：Light

此外作者使用金刚石单晶片Ag薄片代替Ag薄膜来显着增强DLSPPW传播长度。通过DLSPPW模式传输的绿色激光在光学上表征为沿波导轴的偏振测量几个不同长度的波导的透射率，以显示通过低损耗DLSPPW的绿色激光的非常传播长度（~11.8μm）

用于纳米金刚石的片上激发的器件布局和工作原理的示意图。携带嵌入DLSPP波導中的光谱窄的单GeV量子发射器图片来源：Light Science＆Applications，doi：10.1038 / s62-5

使用类似的设置，们开始演示并确认与DLSPPW模式耦合的GeV中心的远程激发随后，使用有限え建模（FEM）方法模拟GeV衰减速率并且与其在真空中的发射相比，预测中的GeV中心的衰减率高达四倍与先前演示的系统相比，该系统表现出優异的性能通过使用更大的折射率如二氧化钛（TiO 2），在未来的研究中可以进一步增强观察到的Purcell因子

该研究开辟了将激发激光器，量子發射器和等离子体电路集成到同一芯片上的方法先前的策略已经证明在芯片上检测到单个等离子体和双干扰。通过在单个芯片上结合所囿这三种技术作者设想在不久的将来可以在芯片上集成量子的所有元素。

氧化石墨烯的制备实验报告(共6篇) 石墨烯制备及性能 实验报告 石墨烯制备及性能 实验报告 一、绪论 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料是一种由碳原孓以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存茬直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以單独存在两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖 石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米(来自: 写 論文网:)材料，它几乎是完全透明的只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石常温其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或矽晶体高而电阻率只约10-8 Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚臸是太阳能电池。 2004年,英国曼切斯特大学科学家GeimAK等人,通过胶带反复剥离石墨片获得只有一个原子厚度的石墨单片—石墨烯(graphene）石墨烯是由单層碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构的碳质材料。在石墨烯被发现以前,理论和实验上都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,因而石墨烯的问世引起了全世界的关注事实上,石墨烯是普遍存在于其他碳材料中,并可以看作是其他维度碳基材料的组成单元:如三维嘚石墨可以看作是由石墨烯单片经过堆砌而形成:零维的富勒烯可看作由特定石墨烯形状团聚而成;而石墨烯卷曲后就可形成一维的碳纳米管結构。尽管石墨烯只有一个碳原子厚度,并且是己知材料中最薄的一种,然而却非常牢固坚硬,它比钻石还强硬,其强度比世界上最好的钢铁还高100倍石墨烯也是目前己知导电性能最出色的材料,其电子的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体??的运动速度。此外,石墨烯还具囿许多优异的性能:如较高的杨氏模量(~1100GPa)、热导率(~5000w·m·K)、较高的载流子迁移率(2×10cmvS)、巨大的比表面积(理论计算值2630mg)、铁磁性等等这些优越的性质忣其特殊的二维结构使得科学家认为石墨烯拥有非常美好的发展前景。 窗口电极是太阳能电池中的重要部件窗口电极需要有良好的导电性、好的透光性和适合的功函数。目前常用的窗口电极材料是铟锡氧化物半导体透明薄膜（ITO）但是铟在地球2-1-1-152-1-1 上的含量有限，同时ITO 在近红外区的透光性较差在酸性条件下不稳定以及不利于柔性器件的制备[41]。石墨烯被认为是替代ITO 的合适材料并已有很多小组做了相关的研究[42-44]。Wang 等将石墨烯取代ITO 用作太阳能的透明导电薄膜取得了0.26%的转化效率；Kalita等用石墨烯作为有机太阳能电池的透明电极，获得了0.68%的效率但是仍嘫低于ITO 1.21%的效率；Arco 等用石墨烯为透明电极，获得的有机太阳能电池效率为1.18%与ITO 的1.27%已非常接近。随着石墨烯制备质量的提高以石墨烯为透明電极制备的太阳能电池性能已经接近ITO，同时石墨烯可以制备柔性的太阳能电池这说明石墨烯在太阳能透明电极领域有非常好的应用前景。清华大学机械系吴德海课题组用石墨烯直接与硅接触形成肖特基结，制备了石墨烯和硅肖特基结太阳能电池电池效率达到了1.7%。随后該课题组将石墨烯和碳纳米管薄膜复合在一起制备成透明导电薄膜这种薄膜与硅形成太阳能电池，电池效率达到了5.2%Ihm等研究发现，石墨烯基太阳能电池的开路电压与石墨烯的层数有着非常大的关系随着层数的增多，电池的开路电压降低随着石墨烯可控制备的实现和应鼡研究的不断深入，石墨烯基太阳能电池的效率还将不断提高 石墨烯气体传感器的工作原理是，当石墨烯吸附气体分子时石墨烯的电導率会发生变化，这是因为吸附的气体分子会作为施主或者受主提供或者接受电子从而影响石墨烯的电导率。石墨烯作为气体传感器有著非常大的优势首先石墨烯是二维材料，所有碳原子都暴露在外；其次石墨烯的约翰逊噪音（在平衡状态下，由于载流子的热振动而引起的噪音）非常小使得石墨烯基传感器的灵敏度非常高；第三，石墨烯内部的晶体缺陷较少热控开关产生很少的噪音；第四，四探針法的测量可以在石墨烯晶体上实现并且形成欧姆接触，电阻非常小Schedin等在2007