近日，清華大學微電子所任天令教授課題組在《自然-通訊》 (Nature Communications)上在線發表了題為《光譜可調的柔性全石墨烯基場控發光器件》(“A spectrally tunable all-graphene-based flexible field-effect light-emitting device”)的研究論文，首次揭示了可通過電壓調控發光波長的發光器件。不同于傳統固定波長的LED，這一新型器件的發光波長(在單一器件內)可以在750nm至450nm之間連續可調，突破了現有顯示器件的顏色合成方式，有望對當代顯示、照明和通訊技術產生革命性影響。耶魯大學博士后王肖沐和清華大學微納電子系博士畢業生田禾是文章的共同第一作者，清華大學微納電子系任天令教授是論文的通訊作者。

　　
通過柵極電壓調控發光波長的光譜圖。

　　迄今為止，所有的LED器件中，發光顏色/波長均由發光材料決定。對于現有的LED而言，一旦器件制備完成，其發光波長是固定的。傳統顯示或照明技術通過調整幾種固定顏色(典型器件使用紅、綠、藍三基色)發光單元的亮度，來實現顏色的表示或白光的合成。該文章首次報道的波長/色彩可調的LED，在獲得優異的顏色保真度的同時，還可以使得顯示器件內的發光單元數目顯著減小，從而極大地優化驅動電路并降低功耗，這項成果在相關領域具有深遠的意義。論文的審稿人評價道，“這項工作有望在發光器件領域拓展新的研究方向”、“這項工作令人激動人心且具有影響力”。

　　
通過柵極電壓調控發光波長的機制圖。

　　石墨烯材料，具有獨特的物理性質，在可控光子/光電子器件等課題中被廣泛應用。但由于其零帶隙和非發光復合率高的特性，石墨烯基發光器件是學術界的一個難題和長期空白領域。任天令教授課題組創新性的通過激光直寫技術，在氧化石墨烯和還原石墨烯的界面處獲得了半還原態的srGO材料。該材料兼備石墨烯的高導電性和氧化石墨烯的寬帶隙特征。通過構建面內柵極結構，對柵極施加電壓可以調制srGO的費米能級，從而實時調控石墨烯LED發光的中心波長。該LED還具有亮度高和可制成柔性器件的特點，是現代LED顯示、照明和通信技術的理想元件。

　　近年來，任天令教授致力于石墨烯等二維電子器件的研究，尤其關注突破傳統器件限制的新型器件，為新一代微納電子器件技術奠定基礎，在新型石墨烯基存儲器、聲學器件和傳感器件等方面已獲得了多項創新成果，如柔性透明石墨烯耳機和低功耗石墨烯阻變存儲器。該研究成果得到了國家自然基金重點項目支持。