石墨烯是零带隙的二维材料，高载流子迁移率及宽带光响应等特性使其成为高性能光探测器的理想材料之一。然而，单层石墨烯较低的吸光率和超快的光生载流子复合过程，严重制约了器件的光响应度。王枫秋课题组长期从事碳纳米材料的光学和光电性质研究，在研究单根碳管与石墨烯的界面电荷转移时，发现单根碳管和石墨烯可有效形成一维范德华异质结，且当碳管为半导体型时，全碳界面展示出了显著的接触势垒。根据该实验发现，我们首次提出将一维的碳纳米管和二维石墨烯结合形成 “原子层厚”的复合薄膜，将有可能实现大幅提高的器件工作性能。首先，石墨烯和碳纳米管具有完全相同的原子排布，这种几乎同质的界面使得体系具有优异的电子迁移特性；此外，碳管和石墨烯复合材料可通过化学气相沉积方法一步宏量获得，有望摆脱目前大多数二维异质结器件对转移工艺的高度依赖，克服器件无法大规模制备的限制。最后，全碳材料界面处具有丰富的调控自由度，为器件性能的优化提供了广阔的空间。
基于该新型全碳复合薄膜高迁移率、宽谱光吸收以及可大面积制备等特性，研究团队首次实现了基于单壁碳管-石墨烯复合薄膜的光探测晶体管。表征显示，该新型光探测器可在整个可见光－近红外波段工作（400-1550 nm），光响应度大于100 A/W（比商用水平高出1-2个数量级）。更为重要的是，由于全碳界面处的高效电子迁移效率，器件响应速度达100 μs，比石墨烯-量子点复合体系的响应速度提高了三个数量级左右，展示了优异的综合性能和实用化前景。该工作为利用全碳材料体系实现高速、阵列化、超高分辨率的实用光探测器打下了基础。此外，本工作也是国际上首次将二维/二维范德华异质结构扩展到了一维/二维结构。为研究范德华异质结中量子局限效应引致的新奇物理现象提供了一个全新的平台。基于这项发现，课题组已经申请国家发明专利一项，并已进入实审阶段。值得指出的是，由于该工作重要的学术和实际应用价值，被2015年CLEO大会（国际激光和光电领域顶级会议）选为邀请报告，是继1998年闵乃本院士之后，南京大学在CLEO大会上第二次获得邀请报告。
南京大学电子科学与工程学院的王枫秋教授是这篇研究论文的共同第一作者和通讯作者，王欣然教授、施毅教授课题组参与了该研究工作并提供了有力支持。本研究得到科技部“量子调控”国家重大科学研究计划，国家自然科学基金等的资助。相关论文“Planar carbon nanotube-graphene hybrid films for high-performance broadband photodetectors”于2015年10月8日在线发表于《自然•通讯》（Nature communications 6, 8589, (2015)）。
碳纳米管-石墨烯复合薄膜光探测器感光部分为单根碳管和石墨烯组成的一维/二维异质结，器件展示了优异的响应速度（100 μs）、响应度（>100A/W）、以及光学带宽（400-1550 nm）。