211service.com
Gaismas noteikšana ar grafēnu
Pētnieki pēdējos gados ir izpētījuši grafēna neparastās elektroniskās īpašības daudziem lietojumiem, sākot no īpaši ātriem tranzistoriem līdz ārkārtīgi blīvām atmiņas mikroshēmām. Tagad pirmo reizi IBM pētnieki izmanto grafēna unikālās īpašības optoelektronikā, izmantojot grafēna loksnes, lai izgatavotu fotodetektorus.
Gaismas detektors: Skenējošā elektronu mikroskopa attēls un optiskais attēls (ielaidums) parāda liela joslas platuma grafēna fotodetektoru. Metāla kontakti, kas nogulsnēti uz grafēna, rada elektrisko lauku, kas atdala elektronus, ļaujot ierīcei noteikt gaismu.
Gaismas detektori parasti tiek izgatavoti, izmantojot III-V pusvadītājus — materiālus, kas izgatavoti no vairākiem elementiem, piemēram, gallija un fosfora. Kad gaisma saskaras ar šiem materiāliem, katrs absorbētais fotons izveido elektronu caurumu pāri, un elektroni pēc tam tiek izvadīti no materiāla, lai radītu elektrisko strāvu.
Grafēns - oglekļa atomu loksne, kas savienota šūnveida struktūrā - pārvadā elektronus desmitiem reižu ātrāk nekā III-V pusvadītāji. Tas nozīmē, ka grafēna fotodetektori varētu darboties ārkārtīgi augstās frekvencēs, padarot tos ļoti efektīvus gaismas noteikšanā un iegūto elektronu transportēšanā uz ārēju ķēdi. Materiāls arī absorbē viļņu garumus, sākot no redzamā līdz infrasarkanajam, savukārt III-V pusvadītāju plānie slāņi neuzsūc daudzas infrasarkanās frekvences.
Grafēns jau ir izmantots vairāku veidu tranzistoru izgatavošanai, tostarp īpaši augstas radiofrekvences ierīcēm. Augsti vadošās atomu biezās loksnes varētu arī aizstāt dārgo un trauslo indija alvas oksīdu kā elektrodu materiālu elastīgos plakanā paneļa displejos un plānās saules baterijās. Cilvēki arī apsver iespēju izmantot grafēnu ultrakondensatoru elektrodiem un blīvai un īpaši ātrai datora atmiņai.
Tomēr, neskatoties uz visiem šiem elektroniskajiem lietojumiem, daudzi eksperti uzskatīja, ka grafēns nav ideāls optiskām ierīcēm. Tas ir tāpēc, ka ienākošo fotonu radītie elektroni un caurumi parasti apvienojas grafēnā desmitos pikosekundēs, neatstājot strāvai brīvus elektronus. Tas notiek arī metālā. Taču galvenais ir ātrums, ar kādu uzlādētās daļiņas pārvietojas grafēnā, saka Phaedon Avouris , IBM T. J. Watson pētniecības centra nanometru mēroga zinātnes un tehnoloģiju vadītājs un pētnieks, kurš vadīja darbu, kas aprakstīts rakstā, kas publicēts tiešsaistē Dabas nanotehnoloģijas . Ja mums ir sava veida elektriskais lauks, lai atdalītu elektronu caurumu pārus, mēs varam tos savākt pietiekami ātri [strāvai].
Jau zināms, ka uz grafēna uzklājot metāla kontaktus, abu materiālu saskarnē tiek ģenerēti elektriskie lauki. Tāpēc pētnieki izmantoja šīs jomas priekšrocības. Viņu ierīce ir daudzslāņu grafēna gabals ar metāla kontaktiem augšpusē. Kad tie spīd gaismā kontakta tuvumā, lauks atdala elektronus un caurumus, un tiek ģenerēta strāva.
Gaismas detektors : Grafēna fotodetektors izmanto elektriskā lauka priekšrocības, kas tiek izveidotas saskarnē starp metāla kontaktiem (zeltu) un grafēnu. Kad gaisma nokrīt uz grafēna, lauks palīdz atdalīt elektronus no caurumiem, izraisot elektrisko strāvu.
Viena grafēna loksne absorbē 2,3 procentus no gaismas, kas uz to krīt, kas ir ievērojams daudzums viena atoma biezam materiālam. Jums ir fotodetektors, kam ir vairākas priekšrocības: tas absorbē plašā viļņu garuma diapazonā, tas ir ļoti ātrs, tam ir augsta absorbcija, tas ir viens atomu slānis, saka Avouris. Šī kombinācija padara to diezgan unikālu.
Īpaši ātri fotodetektori varētu tikt izmantoti nākotnes optisko sakaru tīklos ar datu pārraides ātrumu, kas pārsniedz 40 gigabitus sekundē; šobrīd optisko tīklu datu pārraides ātrums ir aptuveni 10 gigabiti sekundē. Fotodetektorus varētu izmantot arī optiskajos datoros, kas aprēķina ar elektroniem, bet pārsūta datus, izmantojot gaismu, nevis sūta tos pa karstumizturīgiem vara vadiem. Raksta līdzautors Fengnian Xia saka, ka grafēns būtu arī labāks terahercu starojuma detektors, kas ir izrādījis daudzsološu medicīnisko un drošības attēlveidošanu.
Grafēns ir lielisks materiāls elektronikai, saka Andrē Geims , fizikas profesors Mančestras Universitātē, Apvienotajā Karalistē. Ļoti maz cilvēku varētu domāt par to, ka optoelektronika varētu interesēt šo materiālu. Tas ir kā svaigs gaiss.
Pētnieki saņem strāvu, reaģējot uz gaismas impulsiem ar 40 gigahercu frekvenci. Augstākas frekvences ar mūsdienu elektroniku nav iespējamas, saka Avouris, taču grafēns teorētiski varētu iespējot fotodetektorus, kas darbojas ar frekvencēm, kas pārsniedz 0,5 teraherci.