浙江大学智能生物产业装备创新团队（IBE）谢丽娟教授、应义斌教授联合美国莱斯大学Junichiro Kono教授团队，应邀在国际权威综述期刊Nature Reviews Physics（2024年影响因子：39.5）上发表题为“Carbon-nanomaterial-enabled terahertz technology”的综述论文。文章系统总结了碳纳米材料在太赫兹（Terahertz, THz）技术领域的最新研究进展，并重点介绍了IBE团队在该方向上的代表性成果，为下一代THz器件的开发提供了重要理论参考。

图1. Nature Reviews Physics封面及本文相关信息

THz技术作为连接电子学和光子学的桥梁，在农业信息感知、医学诊断和下一代无线网络等领域具有革命性应用前景。传统THz器件主要基于半导体及其异质结构，但存在载流子迁移率有限、光学-THz转换效率低等问题。碳纳米材料，特别是碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）和石墨烯，因其独特的线性与非线性THz辐射吸收特性、超高载流子迁移率和易于栅极调控等优势，在过去十年中已成为THz器件开发的新型材料平台。

研究团队系统阐述了碳纳米材料在THz产生、探测和调制三个关键环节的机制和进展：在THz产生方面，CNTs通过激子增强的带间跃迁实现了窄带THz发射，并可通过栅极或磁场控制进一步调谐。石墨烯则利用其线性色散和高载流子迁移率，通过光子拖曳电流和粒子数反转诱导的受激发射实现宽带THz产生。当集成到等离子体结构中，石墨烯支持高度局域化的模式，增强了光-载流子耦合，提高了THz发射效率。

图2. 碳纳米材料中的THz产生

在THz探测方面，石墨烯在狄拉克点附近的线性色散产生了具有超高迁移率的无质量载流子，易于调控的费米能级使得等离子体波激发更为高效，从而提升了探测灵敏度和带宽。CNTs则表现出优异的热导率和强吸收特性，使其成为基于辐射热测量机制的理想探测器材料。研究团队开发了多种探测方法，包括光热电效应、肖特基势垒整流和等离子体共振等，实现了在室温下对宽谱THz辐射的精确探测。

图3. 基于碳纳米材料的THz检测

在THz调制方面，碳纳米材料可通过光激发、电场、应变和化学掺杂等多种外部刺激实现THz波的动态调控。石墨烯基超表面结合高掺杂石墨烯和THz纳米缝隙天线，在光泵浦下实现了80%的调制深度和1.83 ps的快速载流子衰减时间。通过电压调控费米能级，石墨烯调制器实现了100%的调制深度和超过100 MHz的调制速度。

图4. 使用碳纳米材料的THz调制器

农业传感器是智慧农业的底层驱动力之一。太赫兹技术和器件是农业传感器的重要研究方向和发展趋势。

作者简介：

应义斌，长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者。曾任浙江大学副校长、浙江农林大学校长，现任浙江大学发展委员会副主席和浙江省科协副主席。长期从事农产品无损检测技术与智能装备研究，发表高被引论文19篇，他引2.4万次，H指数87，入选全球高被引科学家。所创立并领导的IBE团队，是浙江大学农业工程（“双一流”建设学科，A+学科）的核心支撑团队，团队主持获国家技术发明奖、教学成果奖等国家级奖项4项，省部一等奖7项，2024年中国智能制造十大科技进展1项。

应义斌教授

谢丽娟，长江学者特聘教授，浙江大学IBE团队核心骨干。长期聚焦农业信息感知与智能装备研究，在Science Advances等国际权威期刊发表系列高水平论文，主持国家重点研发计划项目及6项国家自然科学基金项目等。

谢丽娟教授

Nature Reviews Physics作为Nature系列期刊的重要成员，是致力于报道物理学领域最新研究进展、重要突破和理论探讨的权威综述期刊，每年发文量约50篇，以约稿为主。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s42254-025-00851-3