石墨烯被誉为有史以来最薄、最强、导电性最强的材料之一，现在似乎又获得了一项惊人的特性。实验表明，它可以用来产生任何颜色的超短激光脉冲，因为它能够吸收各种波长的光。
这一发现可能有助于研究人员制造小型、廉价且高度通用的超短脉冲激光器，其潜在应用范围从微型机械到医学。
传统的超短脉冲激光器使用一种像海绵一样吸收光，然后以快速脉冲释放回来的材料，通常持续飞秒（一飞秒是 10−15 秒，或十亿分之一秒的百万分之一）。伦敦帝国理工学院的物理学家罗伊·泰勒说，这些“可饱和吸收体”仅在特定波长下起作用。诸如监测大气中污染物之类的应用需要使用多种波长来检测各种分子，因此需要多个单独的激光器。
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2009年，英国剑桥大学的物理学家安德里亚·法拉利和他的合作者首次表明，石墨烯——一种原子排列成类似鸡丝网的六边形的单原子厚碳片——可以在红外光谱中充当光海绵。最近，泰勒、法拉利以及来自英国和瑞士的同事们已经诱导这种材料产生持续数十飞秒的红外辐射脉冲。
现在，研究人员改进了他们的设备，以产生广泛的红外波长，这些波长在光纤通信等应用中很有用。此外，法拉利说，他们的结果，加上石墨烯的已知特性，表明该材料应该也能够在整个可见光谱上产生类似的超短脉冲。该团队的最新结果将在6月在加利福尼亚州圣何塞举行的激光和光电学会议上报告。
开-关开关
石墨烯吸收任何颜色光的能力来自于其电子能级的特殊结构。在典型的固体非金属材料中，电子可以存在于低能态（它们与原子结合），也可以存在于高能态（它们能够在周围移动并携带电流）。在这两种状态之间存在一个“带隙”，需要一定的能量才能跨越。如果材料吸收具有特定能量的光（这意味着特定波长），则电子可以跨越带隙。在用于制造计算机芯片中晶体管的半导体材料中，电子跳过带隙将电流从“关”切换为“开”。
相比之下，在石墨烯中，没有带隙，并且电子的能量可以沿着连续体变化。首尔国立大学的物理学家Byung Hee Hong说，这使得单层石墨烯在晶体管中无用，但这赋予了该材料在光学方面的优势，使其能够吸收各种波长的光。
“通常，不同的波长需要不同的材料，而且没有多少[传统的]材料可以用于近红外区域，”没有参与这项新研究的洪说。
洪补充说，石墨烯在化学和机械方面也足够稳定，可以防止强激光束的热损伤。而且，基于石墨烯的超短脉冲激光器的一个主要优点是，这些设备可以像铅笔一样小，使其通用且易于使用。
本文经《自然》杂志许可转载。 该文章于 2013 年 5 月 24 日首次发表。