Grafen bazlı fotosel 25.09.2013

Aynı anda üç fizikçi grubu: Avusturya, Hong Kong ve ABD'den grafen bazlı fotodedektörlerin prototiplerini sundu. Bu cihazlar, kızılötesi optik sinyalleri elektriksel darbelere dönüştürür ve grafen fotodetektörlerin verimliliği, geleneksel tipteki benzer cihazlardan daha yüksektir.

Her üç gelişme de birbirinden biraz farklıdır, ancak hepsi grafenin temel özelliğini kullanır - farklı enerjilere sahip ışık kuantumlarını elektriksel darbelere dönüştürme yeteneği. Geleneksel fotodedektörler, bir ışık kuantumunun potansiyel bir engeli, bir yarı iletkendeki enerji seviyeleri arasındaki bir boşluğu aşmak için yeterli bir yük taşıyıcısına enerji aktarması gerçeğinden dolayı çalışır, ancak grafen "tam" bir yarı iletken değildir ve buna sahip değildir. bant aralığı denir.

Bir bant aralığının olmaması nedeniyle, grafen dedektörleri (Hong Kong'daki Çin Üniversitesi'nden bir grubun geliştirilmesi durumunda) ışık kuantasını orta kızılötesi aralıkta, dalga boyu 1,55 ila 2,75 mikrometre olan kayıt edebildi. . Yazarlar, aynı aralıktaki hassasiyete sahip germanyum analoglarının sıvı nitrojen ile soğutma gerektirmesine rağmen, dedektörlerinin oda sıcaklığında çalışabildiğini iddia ediyor. Nature News'in açıkladığı gibi, oda sıcaklığında çalışmak, atmosferdeki kimyasalları tanımlamayı kolaylaştırabilir ve teşhis amaçlı biyokimyasal çalışmaları daha erişilebilir hale getirebilir.

Amerikan grubunun bir üyesi olan Massachusetts Institute of Technology'de fizikçi olan Dirk Englund, grafen tabanlı fotodedektörler aracılığıyla veri aktarım hızının saniyede 12 gigabit olduğunu, yani geleneksel yarı iletken cihazlarla karşılaştırılabilir olduğunu vurguladı. . Tahminlerine göre, bilim adamları ve teknoloji uzmanları bu iki boyutlu materyali endüstriyel miktarlarda sürekli olarak yüksek kalitede nasıl sentezleyeceklerini öğrendiklerinde grafene hızlı geçiş gerçekleşecek: bugün bu, grafen elektroniğinin önündeki ana engeldir.

Yeni dedektörleri yaratan bilim adamlarından biri olan Viyana Teknoloji Enstitüsü'nden Thomas Müller, bant aralığının olmamasının, onu kızılötesi darbeleri elektriksel olanlara dönüştüren bir cihaz için ideal bir malzeme haline getirdiğini açıklıyor.

Muller (ve bu açıklamalar Nature Photonics'te açıklanan üç cihaz için de geçerlidir), grafenin geleneksel germanyumdan daha ucuz olmayı vaat ettiğini ve grafen ile yapılan işlemlerin teknolojik düzeyde zaten yeterince geliştirilmiş olduğunu açıkladı. Daha önce grafen fotodedektörlerinin oluşturulmasını engelleyen temel sorun, malzemenin şeffaflığıydı: ışık ve kızılötesi radyasyonu ileten grafen, eylemi tanımı gereği radyasyonun absorpsiyonu ile ilişkili olan bir cihaz için pek uygun değildi. 2009 yılında elde edilen ve daha sonra Nature Nanotechnology'de açıklanan dedektörlerin ilk örnekleri, şeffaflıklarından dolayı çok düşük verimliliğe sahipti ve bu tür cihazların pratik uygulamasından bahsetmek imkansızdı. Sorun ancak şimdi çözüldü: Aydınlatma sırasında dedektörler tarafından yayılan akım, germanyum cihazları için tipik değere henüz ulaşmadı, ancak 50'un sonuçlarını 2009 kattan fazla aştı. Tüm geliştiricilere göre, boşluk yakında kapanacak; ek olarak, yeni dedektörler diğer parametrelerde germanyumu çoktan geçmiştir.

Silisyum ve birçok yarı iletkene kıyasla yük taşıyıcıların daha fazla hareketliliği nedeniyle, grafen elektronik cihazlar için umut verici bir malzeme olarak kabul edilir. Dezavantajları, değiştirilmemiş grafende bir bant aralığının olmamasının yanı sıra büyük homojen tabakalar elde etmenin teknolojik karmaşıklığını içerir.