《石墨烯为未来的太赫兹相机带来了巨大的推动力》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2019-04-22
  • 科学家开发出一种新型石墨烯光电探测器,可在室温下工作,灵敏度高,速度快,动态范围宽,覆盖范围广泛的太赫兹频率。

    检测太赫兹(THz)光非常有用,主要有两个原因:

    首先,太赫兹技术正在成为安全应用(如机场扫描仪),无线数据通信和质量控制等关键要素,仅举几例。然而,目前的THz探测器在同时满足灵敏度,速度,光谱范围,能够在室温下操作等方面的要求方面表现出很大的局限性。

    其次,由于其低能光子,它是一种非常安全的辐射,其能量比可见光范围内的光子低一百倍。

    预计许多基于石墨烯的应用将用作检测光的材料。与用于光检测的标准材料(例如硅)相比,石墨烯具有不具有带隙的特殊性。硅中的带隙导致波长大于1微米的入射光不被吸收,因此未被检测到。相反,对于石墨烯,甚至可以吸收和检测波长为几百微米的太赫兹光。尽管迄今为止基于石墨烯的THz探测器已经显示出有希望的结果,但到目前为止,没有一个探测器能够在速度和灵敏度方面击败市售的探测器。

    在最近的一项研究中,ICFO研究人员Sebastian Castilla和Bernat Terre博士在ICFO Frank Koppens的ICREA教授和前ICFO科学家Klaas-Jan Tielrooij博士(现为ICN2的初级组长)的带领下,与来自科学家的科学家合作CIC NanoGUNE,NEST(CNR),南京大学,Donostia国际物理中心,约阿尼纳大学和国家材料科学研究所,已经能够克服这些挑战。他们开发了一种新型石墨烯光电探测器,可在室温下工作,灵敏度高,速度快,动态范围宽,覆盖范围广泛的太赫兹频率。

    在他们的实验中,科学家们能够使用以下方法优化太赫兹光电探测器的光响应机制。他们将偶极天线集成到探测器中,以将入射的THz光集中在天线间隙区域周围。通过制造非常小(100nm,比头发的厚度小约一千倍)的天线间隙,它们能够在石墨烯通道的光活性区域中获得THz入射光的强烈浓度。他们观察到石墨烯吸收的光在石墨烯的pn结处产生热载流子;随后,p区和n区中的不等塞贝克系数产生局部电压和通过器件的电流,产生非常大的光响应,从而产生非常高灵敏度的高速响应检测器,具有宽动态范围和广泛的光谱覆盖范围。

    这项研究的结果为开发全数字低成本相机系统开辟了道路。 这可能与智能手机内部的相机一样便宜,因为这种探测器已被证明具有非常低的功耗并且与CMOS技术完全兼容。

    ——文章发布于2019年4月15日

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