 Эффективное преобразование света в электричество играет ключевую роль во многих технологиях, начиная от камер солнечных батарей. Это также является существенным шагом в приложениях передачи данных, так как это позволяет информации, содержащейся в свете, быть преобразованной в электрическую информацию, которая может быть обработаны в электрических цепях. Графен представляет отличный материал для сверхбыстрого преобразования света в электрические сигналы, но до сих пор не было известно, как быстро реагирует графен на ультракороткие вспышки света.
ICFO исследователи во главе с профессором Фрэнком Коппенсом и ICREA профессором Ник ван Хульстом, в сотрудничестве с учеными из исследовательской группы во главе с Пабло Джарилло-Герреро в Массачусетском технологическом институте и исследовательская группа во главе с Джини Лау в Калифорнийском университете в Риверсайде, показали, что фотоприемник на основе графена поглощает свет в электрическое напряжение на чрезвычайно высокой скорости. Исследование, озаглавленное «Генерация фотонапряжения в графене на фемтосекундном уровне через эффективный нагрев носителя», было опубликовано в Nature Nanotechnology.
Новое устройство, которое разработали исследователи, способно преобразовать свет в электричество менее чем за 50 фемтосекунд. Чтобы сделать это, исследователи использовали комбинацию сверхбыстрого импульса в форме лазерного возбуждения и высокочувствительного электрического считывания. По комментариям Клаас-Яна, «Эксперимент однозначно объединил опыт сверхбыстрого формования импульсов, полученной из одной молекулы сверхкоротких импульсов, с опытом в графеновой электронике. Благоустроенные нелинейным фото-термоэлектрический ответом графена, эти элементы позволили наблюдение фемтосекундное время отклика фотодетектирования».
Создание сверхбыстрого фотонапряжения в графене становится возможным благодаря чрезвычайно быстрым и эффективным взаимодействием между всеми носителями зоны проводимости в графене. Это взаимодействие приводит к быстрому созданию электронного распределения с повышенной температурой электронов. Таким образом, поглощенная энергия от света эффективно и быстро превращается в тепло электрона. Далее, тепло электрона преобразуется в напряжение на границе раздела двух графеновых областей с различным легированием. Это фото-термоэлектрический эффект оказывается происходит почти мгновенно, что позволяет обеспечивать сверхбыстрое преобразование поглощенного света в электрические сигналы. Как утверждает профессор Ван Хюлст, «удивительно, как графен обеспечивает прямое нелинейное детектирование сверхбыстрых фемтосекундных импульсов».
|
