Los científicos han desarrollado un nuevo fotodetector habilitado con grafeno que funciona a temperatura ambiente, es altamente sensible, muy rápido, tiene un amplio rango dinámico y cubre un amplio rango de frecuencias de THz.
La detección de luz de terahercios THz es extremadamente útil por dos razones principales :
Primero, la tecnología THz se está convirtiendo en un elemento clave en las aplicaciones relacionadas con la seguridad como los escáneres de aeropuertos, la comunicación inalámbrica de datos y el control de calidad, por mencionar solo algunos. Sin embargo, los detectores actuales de THz han mostrado fuertes limitaciones en términos de cumplir simultáneamentelos requisitos de sensibilidad, velocidad, rango espectral, poder operar a temperatura ambiente, etc.
Segundo, es un tipo de radiación muy seguro debido a sus fotones de baja energía, con más de cien veces menos energía que la de los fotones en el rango de luz visible.
Se espera que muchas aplicaciones basadas en el grafeno emerjan de su uso como material para detectar la luz. El grafeno tiene la particularidad de no tener un intervalo de banda, en comparación con los materiales estándar utilizados para la fotodetección, como el silicio. El intervalo de banda en el silicio causa luz incidentecon longitudes de onda de más de una micra que no se absorben y, por lo tanto, no se detectan. En contraste, para el grafeno, incluso la luz de terahercios con una longitud de onda de cientos de micras se puede absorber y detectar. Mientras que los detectores de THz basados en grafeno han mostrado resultados prometedores hasta ahora,Ninguno de los detectores hasta ahora podría superar a los detectores disponibles comercialmente en términos de velocidad y sensibilidad.
En un estudio reciente, los investigadores de ICFO Sebastian Castilla y el Dr. Bernat Terre's, liderados por ICREA Prof. en ICFO Frank Koppens y el ex científico de ICFO Dr. Klaas-Jan Tielrooij ahora líder de grupo junior en ICN2, en colaboración conLos científicos del CIC NanoGUNE, NEST CNR, la Universidad de Nanjing, el Centro Internacional de Física Donostia, la Universidad de Ioannina y el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales, han podido superar estos desafíos y han desarrollado un novedoso fotodetector con grafeno que funciona en la habitacióntemperatura, y es muy sensible, muy rápido, tiene un amplio rango dinámico y cubre un amplio rango de frecuencias de THz.
En su experimento, los científicos pudieron optimizar el mecanismo de fotorrespuesta de un fotodetector THz utilizando el siguiente enfoque. Integraron una antena dipolo en el detector para concentrar la luz THz incidente alrededor de la región de espacio de antena.100 nm, aproximadamente mil veces más pequeño que el grosor de la antena, lograron obtener una concentración de gran intensidad de luz incidente de THz en la región fotoactiva del canal de grafeno. Observaron que la luz absorbida por el grafeno creaportadores calientes en una unión pn en grafeno; posteriormente, los coeficientes de Seebeck desiguales en las regiones p y n producen un voltaje local y una corriente a través del dispositivo que genera una fotorrespuesta muy grande y, por lo tanto, conduce a una sensibilidad muy alta,detector de respuesta de alta velocidad, con un amplio rango dinámico y una amplia cobertura espectral.
Los resultados de este estudio abren un camino hacia el desarrollo de un sistema de cámara de bajo costo totalmente digital. Esto podría ser tan barato como la cámara dentro del teléfono inteligente, ya que dicho detector ha demostrado tener un consumo de energía muy bajo y es totalmentecompatible con la tecnología CMOS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por ICFO-El Instituto de Ciencias Fotónicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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