Предложен способ исследования сверхбыстрых электронов в графене
 Схематическое изображение экспериментальной установки и зафиксированный отклик. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Графен представляет собой двумерные листы атомов углерода, формирующих гексагональную кристаллическую решетку. Известно, что этот материал сильно реагирует на свет, однако отклик относится к терагерцовому диапазону частот.
Терагерцовый диапазон расположен между микроволновой и средней ИК областями. Считается, что в перспективе он может использоваться, к примеру, в аэропортах для обнаружения всевозможных предметов, к примеру, скрытого оружия или взрывчатых веществ. Связано это с тем, что излучение данного диапазона хорошо проходит через всевозможную упаковку (в том числе, одежду), но сильно поглощается металлами и другими неорганическими веществами.
Новая работа ученых из Lawrence Berkeley National Laboratory и University of California (США) показывает, что теперь с помощью специального зонда ученые могут измерить, как сверхбыстрые электроны в графене реагируют на возбуждение терагерцового диапазона. В своей работе ученые использовали накачку лазерным излучением с длиной волны 800 нм для возбуждения образца (графенового полевого транзистора). Одновременно с этим они отправляли через образец терагерцовые волны, которые играли роль зонда. Регулируя время задержки между накачкой и отправкой терагерцовых волн, они смогли контролировать изменения передачи последних через образец.
Графен – это материал с нулевой запрещенной зоной. Считается, что, имея нейтральный заряд, под воздействием светового излучения, он ведет себя, как полупроводник. Тем не менее, когда графен сильно легирован (т.е. имеет большое количество носителей заряда определенного знака – электронов или дырок проводимости), его поведение больше напоминает металл. В соответствии с новыми экспериментальными данными американских ученых, электроны, как в нейтральном, так и в сильно легированном графене, кажутся более горячими, нежели остальные части структуры материала. Это означает, что графен ведет себя совсем не так, как обычный полупроводник под воздействием света. Причем, именно эти горячие носители заряда определяют изменение фотопроводимости в терагерцовом диапазоне.
В рамках работы выяснилось, что отклик весьма чувствителен к исходному уровню легирования материала, что важно для последующего проектирования на основе графена оптоэлектронных устройств, работающих в этом диапазоне. В «нейтральном» материале горячие носители заряда увеличивают концентрацию электронов и дырок проводимости, тем самым увеличивая проводимость в данном диапазоне. Однако в сильно легированном графене фотовозбуждение не изменяет общую концентрацию носителей заряда. Вместо этого, оно увеличивает скорость, с которой электроны рассеиваются в материале и, таким образом, снижает проводимости в терагерцовом диапазоне.
Результаты работы ученых чрезвычайно важны для разработки новых сверхбыстрых и, в то же время, высокоэффективных фотодетекторов, принцип действия которых будет существенно отличаться от стандартных полупроводниковых приборов. В настоящее время научная группа занята разработкой модуляторов и выключателей на основе отклика графена в терагерцовом диапазоне.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.
Также по теме:
- Оксид графена может послужить отличным фильтром
- В лаборатории создана структура из железа, напоминающая графен
- На основе оксида графена создан умный текстиль
- Ученые создали атомарного размера инструмент для работы с графеном
- Графен на поверхности меди ускорит охлаждение
Источники: