MIPT-wetenschappers en hun collega's uit Japan en de VS hebben de parameters berekend van fotodetectoren die bestaan ​​uit lagen grafeen en een combinatie van zwarte fosfor en zwart arseen. Deze sensoren kunnen straling detecteren met minder energie dan de band gap van de samenstellende lagen zonder grafeen. Het is ook gemakkelijk om ze aan te passen om hun gevoeligheid voor de vereiste golflengte van licht te vergroten. Dergelijke sensoren zouden ver-infrarood- en terahertz-stralingsdetectoren kunnen vervangen. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Optica Express .

De nieuwe sensoren zullen veel gebieden van wetenschap en technologie ten goede komen. De ver-infraroodband is aanzienlijk, zowel voor huishoudelijke toepassingen als voor fundamentele wetenschap. Deze golven worden uitgezonden door kosmisch stof, wiens studie de evolutie van sterrenstelsels onthult. Infraroodlichtsensoren worden gebruikt in nachtzichtapparatuur, afstandsbedieningen, doelzoekende raketten, en hartslagsensoren. Terahertz-straling biedt een minder gevaarlijk alternatief voor röntgenbagagescanners.

De onderzoekers beschouwden hier ver-infrarode interband-fotodetectoren op basis van een grafeenmonolaag. Het grafeen was omgeven door lagen van zwarte fosfor en zwart arseen in wisselende verhoudingen. Door de verhouding van deze stoffen te veranderen, het is mogelijk om het werkbereik van de fotodetector te verschuiven. De energieën die ontoegankelijk zijn voor elektronen in zwarte fosfor en arseen zijn verschillend. De detector werkt door een elektron of gat te registreren dat de geleidingsband van zwarte fosfor of arseen binnengaat na een overgang tussen twee energiebanden van grafeen. Echter, temperatuureffecten zorgen ervoor dat infrarood- en terahertz-sensoren signaal detecteren, zelfs "in het donker, " in afwezigheid van straling. De gelaagde structuren die in het onderzoek werden onderzocht, bleken een veel lagere donkerstroom te ervaren dan in de huidige.

"We hebben de parameters van de lichtgevoelige elementen voor ver-infrarooddetectie berekend op basis van een grafeenmonolaag. Dergelijke apparaten kunnen bijna alle ver-infrarood- en terahertz-stralingssensoren die tegenwoordig worden gebruikt, vervangen. De verminderde donkerstroom en de hoge lichtgevoeligheid verbeteren het signaal aanzienlijk -ruisverhouding zelfs bij lage intensiteit straling Door een zorgvuldig gekalibreerde spanning toe te passen, het werkbereik van de detectoren kan worden gewijzigd zonder de kwaliteit van de signaalontvangst te beïnvloeden. Dergelijke sensoren zouden de prestaties van infraroodtelescopen kunnen verbeteren. Volgens berekeningen, bij hoge temperaturen zullen de detectoren een veel schoner signaal produceren dan de detectoren die nu worden gebruikt, " voegt Victor Ryzhii toe, het hoofd van het 2-D Materials and Nanodevices Laboratory.