石墨烯是有史以來最薄的材料，只有一個原子層的厚度。它比十億分之一米薄，能夠通過其電荷載流子的光激發有效地吸收從可見光到紅外線的光。光吸收后，其光激發電荷載流子在幾皮秒內冷卻到初始平衡狀態，相當于百萬分之一秒。這種弛豫過程的驚人速度使石墨烯在許多技術應用中特別有前途，包括光探測器、光源和調制器。

石墨烯電荷載流子位于由狄拉克錐表示的不同能級上，根據電荷載流子的數量，這些電荷載流子被占據到中性點（左錐上的藍色能級）或完全進入導帶（藍色能級在右錐）。在這兩種情況下，光激發的電荷載流子以更快（左側）或更慢（右側）的動力學弛豫。來源：米蘭理工大學-CNR

最近發表在ACS Nano上的一項研究表明，通過施加外部電場可以顯著改變石墨烯電荷載流子的弛豫時間。該研究是在CNR-IFN、米蘭理工大學、比薩大學、劍橋石墨烯中心（英國）和巴塞羅那（西班牙）的 ICN2 之間的國際合作中構思的。

該工作的第一作者Eva Pogna 說，我們觀察到的石墨烯中電荷載流子弛豫時間的變化，證明了對晶體光學響應的前所未有的控制水平，并允許使用單一材料獲得各種各樣的行為。

這項工作為開發利用電荷載流子的弛豫時間控制以支持新功能的設備鋪平了道路。例如，如果將石墨烯用作激光腔中的可飽和吸收體以產生超短光脈沖，通過改變電荷載流子的弛豫時間，我們可以控制輸出脈沖的持續時間。

我們用于研究石墨烯的特定設備被證明對于觀察其光學特性與外部電場的強可調性至關重要，它允許通過利用離子液體門控在寬范圍內改變電荷載流子的數量，這是一種用于研究超導體的最先進技術。劍橋石墨烯中心主任 Andrea Ferrari 解釋道。

已經通過超快光譜學研究了基于石墨烯的器件，這允許監測電荷載流子的弛豫時間的變化。

這項工作代表了長期研究合作的最新進展，該合作致力于研究石墨烯中的超快載流子動力學，旨在探索這種迷人材料的巨大潛力。超快動力學負責人 Klaas-Jan Tielrooij 補充道在 ICN2 的納米系統組。

這一發現對許多技術應用都很感興趣，從光子學、脈沖激光源或防止光學元件損壞的光學限制器到電信、超快探測器和調制器。米蘭理工大學物理學系教授Giulio Cerullo 總結道。