光電子學界的謎解開了!台師大跨國研究登《Science》

台師大光電工程所助理教授楊承山(右起)、美國加州大學柏克萊分校物理系教授王楓及其博士後研究員Patrick Gallagher組成跨國研究團隊,發現並成功解釋超潔淨石墨烯中的量子臨界相對論電漿現象。圖/台師大提供
台師大光電工程所助理教授楊承山(右起)、美國加州大學柏克萊分校物理系教授王楓及其博士後研究員Patrick Gallagher組成跨國研究團隊,發現並成功解釋超潔淨石墨烯中的量子臨界相對論電漿現象。圖/台師大提供

台灣師範大學跨國研究團隊發現並成功解釋石墨烯中的量子臨界相對論電漿現象,解開十幾年來於二維材料科學中無法解釋的謎題,對未來在超快量子元件的發展,占有舉足輕重的角色。而微小化的兆赫波系統設計,可望於高速無線通訊、儀器與檢測上廣泛應用,進而改變人類生活。研究成果近期刊登於全球最權威學術期刊《科學》(Science)。

台師大光電工程所助理教授楊承山、美國加州大學柏克萊分校物理系教授王楓及其博士後研究員Patrick Gallagher等人所組成的跨國研究團隊,費時近兩年,發現並成功解釋超潔淨石墨烯中的量子臨界相對論電漿現象,揭示了石墨烯存在於典型電子系統中觀察不到的相對論現象。微小化的兆赫波系統設計,更可望使兆赫波技術於高速無線通訊、儀器與檢測、新穎材料及國土安檢系統廣泛應用,進而改變人類生活。

楊承山指出,對從在大學專題時期就開始接觸超快與兆赫光電子學的他來說,可以與跨國團隊合作,把十幾年前只有在理論預測過的物理現象直接觀察並解釋出來,即使過程曲折漫長,仍然覺得欣喜並心存感謝。楊承山希望在學術研究的漫長道路上,持續追求真理,也期待研究成果在未來的某一天,能對我國的產業界與社會大眾有所貢獻。

台師大表示,經過十多年研究,科學家發現石墨烯是電阻率最小、導電性最佳的物質,其透光性、導熱性、韌性也非常好。石墨烯可產生兆赫(terahertz, THz)範圍的輻射,將紅外線照射到石墨烯薄膜上,只需很短時間就能放射出兆赫的光源,進而開發出能在室溫條件下工作的高性能兆赫波雷射器。

兆赫波被全世界列為十大重要技術之一。台師大指出,兆赫波是指輻射頻率介於0.1THz到10THz,波長範圍介於微波與紅外線之間的電磁波,可應用在各式安檢設備,檢測X光偵測不到的塑膠炸彈、陶瓷武器及生物藥劑等危險物品;兆赫波的光子能量較低,影響人體的輻射能量遠低於X光,非常安全;通訊方面,兆赫波比目前使用的微波傳輸頻寬更廣,與光纖通訊網路結合,能提供更快的網路服務,甚至比Wi-Fi標準快上數百倍速度。

跨國研究團隊利用兆赫波微小晶片波導光譜系統,測量石墨烯中電子溫度介於77K和室溫(300K)之間的量子臨界相對論電漿現象,以確認電荷中性附近的量子臨界散射率。透過這種方式,團隊證明了狄拉克流體在石墨烯的實驗結果與相對論流體動力學理論之間的定量一致性,意味著石墨烯應具有相對論現象。

相對論 台師大 輻射

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