Los científicos del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR, en colaboración con colegas de EE. UU. Y Alemania, han desarrollado un nuevo detector óptico de grafeno que reacciona muy rápidamente a la luz incidente de todas las longitudes de onda diferentes e incluso funciona a temperatura ambiente.Es la primera vez que un solo detector puede monitorear el rango espectral desde la luz visible hasta la radiación infrarroja y hasta la radiación de terahercios. Los científicos del HZDR ya están utilizando el nuevo detector de grafeno para la sincronización exacta de los sistemas láser.
Una pequeña escama de grafeno en carburo de silicio y una antena de aspecto futurista, y ahí está: el nuevo detector de grafeno. Al igual que ningún otro sistema de detector único que haya existido antes, esta construcción relativamente simple y económica puede cubrir el enorme espectrovan desde la luz visible hasta la radiación de terahercios ". En contraste con otros semiconductores como el silicio o el arseniuro de galio, el grafeno puede captar la luz con una gran variedad de energías de fotones y convertirla en señales eléctricas. Solo necesitábamos una antena de banda ancha yel sustrato adecuado para crear las condiciones ideales ", explicó el Dr. Stephan Winnerl, físico del Instituto de Investigación de Física y Materiales del Haz Iónico en el HZDR.
En 2013, Martin Mittendorff, que era estudiante de doctorado en el HZDR en ese momento, había desarrollado el precursor del detector de grafeno. En su puesto actual como postdoctorado en la Universidad de Maryland, ahora lo ha perfeccionado con su Dresdencolegas y con científicos de Marburg, Regensburg y Darmstadt Cómo funciona: el conjunto de antena y escama de grafeno absorbe los rayos, transfiriendo así la energía de los fotones a los electrones en el grafeno. Estos "electrones calientes" aumentan la resistencia eléctrica deldetecte y genere señales eléctricas rápidas. El detector puede registrar la luz incidente en solo 40 picosegundos, que son milmillonésimas de segundo.
Amplio rango espectral logrado a través del sustrato de carburo de silicio
La elección del sustrato ahora ha demostrado ser un paso fundamental para mejorar la pequeña trampa de luz. "Los sustratos semiconductores utilizados en el pasado siempre han absorbido algunas longitudes de onda, pero el carburo de silicio permanece pasivo en el rango espectral", explicó Stephan Winnerl. Luego también existeuna antena que actúa como un embudo y captura la radiación infrarroja de onda larga y la radiación de terahercios. Por lo tanto, los científicos han podido aumentar el rango espectral en un factor de 90 en comparación con el modelo anterior, haciendo que la longitud de onda detectable más corta sea 1000 veces más pequeña que lamás larga: a modo de comparación, la luz roja, que tiene la longitud de onda más larga visible para el ojo humano, es solo dos veces más larga que la luz violeta, que tiene la longitud de onda más corta en el espectro visible.
Este detector óptico universal ya se está utilizando en el HZDR para la sincronización exacta de los dos láseres de electrones libres en el Centro ELBE para fuentes de radiación de alta potencia con otros láseres. Esta alineación es particularmente importante para los experimentos de "sonda de bomba",como se les llama, donde el investigador toma un láser para la excitación de un material "bomba" y luego usa un segundo láser con una longitud de onda diferente para la medición "sonda". Los pulsos del láser deben estar exactamente sincronizados para tales experimentosLos científicos están usando el detector de grafeno como un cronómetro. Les dice cuándo los pulsos láser alcanzan su objetivo, y el gran ancho de banda ayuda a evitar que un cambio de detector sea una fuente potencial de error. Otra ventaja es que todas las medicionespuede tener lugar a temperatura ambiente, lo que evita la necesidad de procesos de enfriamiento de nitrógeno o helio costosos y que requieren mucho tiempo con otros detectores.
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Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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