石墨烯为未来的太赫兹相机提供了巨大的推动力。

石墨烯为未来的太赫兹相机提供了巨大的推动力。

《纳米快报》的一项研究报告了一种石墨烯型太赫兹光探测器的研制,这种探测器比现有的室温技术更快、更灵敏。

检测太赫兹(THZ)光非常有用,有两个主要原因。首先,THZ技术正在成为安全(如机场扫描仪)、无线数据通信和质量控制等应用中的一个关键要素,仅举几个例子。然而,目前的THZ探测器在同时满足灵敏度、速度、光谱范围、能够在室温下工作等方面显示出很强的局限性。

其次,它是一种非常安全的辐射类型,因为它的低能量光子,比可见光范围内的光子少100倍以上的能量。

许多基于石墨烯的应用有望从其作为探测光的材料的应用中脱颖而出。与硅等用于光探测的标准材料相比,石墨烯具有无带隙的特殊性。硅中的带隙导致波长超过1微米的入射光不能被吸收,因此不能被探测到。相反,对于石墨烯,即使是波长为数百微米的太赫兹光也能被吸收和检测到。目前为止,基于石墨烯的THZ探测器已经显示出了很有前景的结果,但迄今为止,没有一种探测器在速度和灵敏度方面能超过市面上可买到的探测器。

在最近的一项研究中,ICFO研究人员Sebastia n Castilla和Bernat Terre s博士,由ICFO Frank Koppens的ICrea教授和ICFO前科学家Klaas Jan Tielrooij博士(现为ICN2的初级组组长)与来自CIC Nanogune,Nest(CNR),南京大学,多诺西亚国际物理中心,IOAN大学的科学家合作。尼娜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的石墨烯光电探测器,该探测器在室温下工作,灵敏度高,速度快,动态范围宽,覆盖了广泛的THZ频率范围。

在他们的实验中,科学家们利用以下方法优化了THZ光电探测器的光响应机制。他们将一个偶极天线集成到探测器中,以集中天线间隙区域周围的入射THZ光。通过制造一个非常小(100纳米,大约比头发的厚度小1000倍)的天线间隙,他们能够在石墨烯通道的光活性区域获得高强度的THZ入射光。他们观察到,石墨烯吸收的光在石墨烯的p n结处产生热载流子;随后,p-和n-区域中不相等的Seebeck系数通过器件产生局部电压和电流,从而产生非常大的光响应,从而导致非常高的灵敏度、高速响应探测器,W动态范围宽,光谱覆盖范围广。

本研究的结果为开发全数字低成本相机系统开辟了一条道路。这可能和智能手机内的相机一样便宜,因为这种探测器已经被证明具有非常低的功耗,并且完全兼容CMOS技术。

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