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石墨烯光電探測器究竟擁有怎樣令人驚奇的性能

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1059次  |  2019年03月02日  

據(jù)美國《每日科學(xué)》網(wǎng)站報道,西班牙和美國科學(xué)家已合作研制出一種基于石墨烯的光電探測器轉(zhuǎn)化儀,其能在不到50飛秒(1秒的一千萬億分之一)的時間內(nèi)將光轉(zhuǎn)化為電信號,幾乎接近光電轉(zhuǎn)化速度的極限,這項技術(shù)將大力助推多個領(lǐng)域的發(fā)展。


高效的光電轉(zhuǎn)化技術(shù)能讓光所攜帶的信息轉(zhuǎn)化成可在電子電路中進(jìn)行處理的電信號,不論是照相機(jī)還是太陽能電池,光電轉(zhuǎn)化都發(fā)揮著重要作用,也是數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用的重要支撐。盡管石墨烯是一種擁有極高光電轉(zhuǎn)化效率的材料,但此前科學(xué)家們并不知道其對超短光脈沖的反應(yīng)究竟有多快。


現(xiàn)在,由西班牙光子科學(xué)研究所的研究員弗朗克·科朋斯教授、加泰羅尼亞高等研究院的尼爾克·范·赫斯特、美國麻省理工學(xué)院的帕博羅·加里洛·赫耶羅,以及加州大學(xué)河濱分校物理系教授劉津?qū)?音譯)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊研制出了這種基于石墨烯的光電探測器轉(zhuǎn)化儀,其能在不到50飛秒的時間內(nèi)將光轉(zhuǎn)化為電,將光電轉(zhuǎn)化速度推到了極限。最新研究已發(fā)表在近期出版的《自然·納米技術(shù)》雜志上。


為了做到這一點(diǎn),研究人員使用了超快的脈沖激光激發(fā),以及超高靈敏度的電子讀出方法。研究人員克拉斯·揚(yáng)·泰爾說:“這一實驗的獨(dú)特之處在于,將從單分子超快光子學(xué)所獲得的超快脈沖成型技術(shù)與石墨烯電子技術(shù)完美結(jié)合在一起,再加上石墨烯的非線性光-熱電反應(yīng),使科學(xué)家們能在如此短的時間內(nèi)將光轉(zhuǎn)化為電信號。”


研究人員稱,由于石墨烯內(nèi)所有導(dǎo)帶載流子之間存在著超快且超高效的關(guān)聯(lián),在石墨烯內(nèi)快速制造出光電壓是可能的。這種相互關(guān)聯(lián)使他們可以采用一種不斷升高的電子溫度,快速制造出一種電子分布。如此一來,從光吸收的能量能被有效且快速地轉(zhuǎn)變成電子的熱量。隨后,在擁有兩種不同摻雜的兩個石墨烯區(qū)域的交界處,電子的熱量被轉(zhuǎn)變成電壓。實驗結(jié)果表明,這種光熱電效應(yīng)幾乎同時出現(xiàn),被吸收的光可以快速轉(zhuǎn)變成電信號。

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研究人員表示,最新研究打開了一條通往超快光電轉(zhuǎn)化的新通路。科朋斯強(qiáng)調(diào)說:“石墨烯光電探測器擁有令人驚奇的性能,可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域。”

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