石墨烯是有史以来最薄的材料，只有一个原子层的厚度。它比十亿分之一米薄，能够通过其电荷载流子的光激发有效地吸收从可见光到红外线的光。光吸收后，其光激发电荷载流子在几皮秒内冷却到初始平衡状态，相当于百万分之一秒。这种弛豫过程的惊人速度使石墨烯在许多技术应用中特别有前途，包括光探测器、光源和调制器。

石墨烯电荷载流子位于由狄拉克锥表示的不同能级上，根据电荷载流子的数量，这些电荷载流子被占据到中性点（左锥上的蓝色能级）或完全进入导带（蓝色能级在右锥）。在这两种情况下，光激发的电荷载流子以更快（左侧）或更慢（右侧）的动力学弛豫。来源：米兰理工大学-CNR

最近发表在ACS Nano上的一项研究表明，通过施加外部电场可以显着改变石墨烯电荷载流子的弛豫时间。该研究是在CNR-IFN、米兰理工大学、比萨大学、剑桥石墨烯中心（英国）和巴塞罗那（西班牙）的 ICN2 之间的国际合作中构思的。

该工作的第一作者 Eva Pogna 说，我们观察到的石墨烯中电荷载流子弛豫时间的变化，证明了对晶体光学响应的前所未有的控制水平，并允许使用单一材料获得各种各样的行为。

这项工作为开发利用电荷载流子的弛豫时间控制以支持新功能的设备铺平了道路。例如，如果将石墨烯用作激光腔中的可饱和吸收体以产生超短光脉冲，通过改变电荷载流子的弛豫时间，我们可以控制输出脉冲的持续时间。

我们用于研究石墨烯的特定设备被证明对于观察其光学特性与外部电场的强可调性至关重要，它允许通过利用离子液体门控在宽范围内改变电荷载流子的数量，这是一种用于研究超导体的最先进技术。剑桥石墨烯中心主任 Andrea Ferrari 解释道。

已经通过超快光谱学研究了基于石墨烯的器件，这允许监测电荷载流子的弛豫时间的变化。

这项工作代表了长期研究合作的最新进展，该合作致力于研究石墨烯中的超快载流子动力学，旨在探索这种迷人材料的巨大潜力。超快动力学负责人 Klaas-Jan Tielrooij 补充道在 ICN2 的纳米系统组。

这一发现对许多技术应用都很感兴趣，从光子学、脉冲激光源或防止光学元件损坏的光学限制器到电信、超快探测器和调制器。米兰理工大学物理学系教授 Giulio Cerullo 总结道。