Фотоприемник, созданный из графена и квантовых точек, бьет рекорды
 Схематическое изображение сконструированного устройства. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Удивительный материал графен представляет собой листы атомов углерода, образующих двумерную гексагональную кристаллическую решетку. Хотя материал был открыт сравнительно недавно, в 2004 году, ученые с самого начала прочат ему большое будущее. Считается, что графен может найти множество технологических применений и даже заменить кремний на роли основного материала электронной промышленности в будущем. Все это возможно, благодаря уникальным свойствам графена. К ним относится чрезвычайно высокая электропроводность, которая обуславливается тем, что электроны проходят через этот материал практически не испытывая сопротивления со стороны атомов, т.е. ведут себя как «дираковские» частицы, не обладающие массой покоя.
Также графен имеет большие перспективы применения в фотонике, поскольку он имеет практически идеальную «внутреннюю квантовую эффективность»: почти каждый фотон, поглощаемый материалом, генерирует электронно-дырочную пару, которая в принципе может быть преобразована в электрический ток. Кроме того, благодаря тому, что электроны ведут себя как дираковские частицы, материал может поглощать свет любого цвета.
Однако напрямую применять графен в фотонике не эффективно. Дело в том, что при высокой «внутренней квантовой эффективности», он имеет достаточно низкую «внешнюю квантовую эффективность», т.к. поглощает менее 3% падающего на него света. Кроме того, как оказалось, полезный ток можно извлечь только из тех графеновых устройств, которые имеют контакты с оптимизированной «асимметрией», чего достаточно сложно достичь на практике.
Но группа ученых из Institute of Photonic Sciences (ICFO, Испания) успешно преодолела эти проблемы. Они смогли сочетать графен с полупроводниковыми нанокристаллами, создав в итоге совершенно новую функциональность в сфере зондирования и преобразования света в электричество.
Научная группа начала эксперимент с формирования графена из куска высококачественного графита при помощи хорошо известной на сегодняшний день «скотч»-техники. Методика предельно проста: фрагмент графита размещается на поверхности липкой ленты, которая потом несколько раз складывается и раскладывается, пока среди фрагментов графита не появятся отдельные серые прозрачные кусочки материала. После этого лента с прозрачными фрагментами переносится на подложку (а затем сама лента удаляется). Как говорят сами ученые, наиболее тонкие листы, в том числе листы графена, при такой схеме производства можно увидеть невооруженным глазом, благодаря особенностям взаимодействия данного материала со светом.
Далее при помощи техники нанолитографии ученые связывали полученный лист графена с золотыми электродами. После этого выполнялась гибридизация графена квантовыми точками. Квантовые точки были выбраны среди прочих наноматерилов за счет их специфических оптоэлектронных свойств. Они могут быть «настроены» для поглощения широкого спектрального диапазона световых волн с помощью простого изменения размеров нанокристаллов. Кроме того, они поглощают достаточно большой процент падающего на них света, а процесс их напыления может быть сведен к аналогу струйной печати, что существенно удешевляет производство. В своих экспериментах ученые использовали квантовые точки из сульфида свинца, т.к. их запрещенная зона может быть «настроена» в технологически-важных областях ИК-спектра (коротковолновой и ближней).
Измерения показали, что созданное устройство имеет «внутренняя квантовая эффективность» на уровне более 25%. Более того, устройство может реагировать на крайне низкий уровень освещения.
В ближайшее время ученые планируют создать крупномасштабный аналог детектора. Возможно, в будущем подобные устройства можно будет разместить на ультратонких гибких подложках или интегрировать их в существующие компьютерные чипы и камеры.
Также по теме:
- Испанские ученые предложили акустический аналог графена
- Графен излучает в инфракрасном диапазоне
- Восстановленный оксид графена может быть хорошим полевым эмиттером
- Графен позволит сделать практически совершенные солнечные ячейки
- Графен может быть идеальным адсорбером для света
Источники: