Создан первый фотодетектор на основе графена
 Схематичное изображение разработанного на основе графена фотодетектора. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Фотодетектор представляет собой устройство, преобразующее оптический сигнал в электрический заряд. На сегодняшний день фотодетекторы широко применяются как в науке, так и в технологии в самых различных реализациях, обеспечивающих коммуникации, отображение объектов и детектирование сигналов. Современные фотодетекторы традиционно производятся на основе полупроводников III – V групп таблицы Менделеева, например, арсенида галлия. Когда свет достигает поверхности такого устройства, полупроводник поглощает фотон, создавая пару носителей заряда – электрона и дырки. В результате оптический сигнал преобразуется в электрический.
В созданном специалистами IBM устройстве вместо полупроводника был использован новый материал – графен. Детально конструкция детектора и его свойства описаны в работе, опубликованной в журнале Nature Photonics.
Графен представляет собой лист атомов углерода (толщиной всего в один атом), образующих гексагональную двумерную кристаллическую решетку. Он отличается уникальными физическими и электрическими свойствами, позволяющими, в частности, фиксировать световой поток. Здесь также при поглощении фотона образуется пара «электрон-дырка», однако, в графене они перемещаются гораздо быстрее. Кроме того, графен отлично поглощает излучение в широком диапазоне частот от инфракрасного до фиолетовой области видимого диапазона (чем не могут похвастаться «традиционные» полупроводники).
Единственный недостаток графена, долго не позволявший создать на его основе качественный промышленный фотодетектор, состоит в том, что носители тока достаточно быстро рекомбинируют. Однако, исследователи нашли способ обойти эту проблему, использовав внешнее электрическое поле для того, чтобы разнести в пространстве положительные и отрицательные носители заряда. Выполнено это было при помощи размещения палладиевых (или титановых) электродов на поверхности листа графена (или нескольких слоев, если используется многослойный детектор). Таким образом, на границе электродов и графена формируется электрическое поле.
Такой подход позволяет значительно снизить вероятность рекомбинации, т.е. шумы, возникающие при детектировании оптического сигнала. По оценкам ученых уже в ближайшем будущем такой детектор может достичь скорости безошибочной обработки информации в 10 Гбит/секунду. Это сравнимо с аналогичным показателем для «традиционных» фотодетекторов, изготавливаемых на основе полупроводников III – V групп таблицы Менделеева.
В данный момент исследовательская группа продолжает работу над усовершенствованием фотодетектора, а также его интеграцией в оптические устройства. Ученые ожидают, что оптико-электронные устройства на базе графена в будущем могут найти применение в самых различных областях, включая сверхбыстрые измерения.
Также по теме:
Источники: