Eric Bonvin werkt momenteel in het laboratorium van László Forró bij EPFL. Een Zwitsers-Amerikaanse, hij werd geboren in de omgeving van Lausanne, en groeide op in Zwitserland, Duitsland. Zijn zomerproject heeft tot doel ultragevoelige lichtdetectoren te ontwikkelen die in theorie een enkel foton kunnen oppikken. Om dit te doen, Bonvin krijgt de moeilijke taak om twee van de meest opwindende materialen te combineren:grafeen en perovskiet.

Grafeen is het spul van sciencefiction:het sterkste materiaal dat bekend is, het heeft ook uitzonderlijke – zo niet exotische – elektrische eigenschappen, en mogelijk zelfs daarbuiten. Wat betreft perovskieten, hun vermogen om licht om te zetten in elektrische stroom heeft ze stevig tot de beste materialen voor efficiënte zonnepanelen geplaatst.

Na zijn afstuderen aan een Zwitserse middelbare school, Bonvin begon natuurkunde te studeren aan EPFL. Hij bracht er de eerste twee jaar van de bachelor door, het derde jaar op een uitwisselingsprogramma dat hem naar de Carnegie Mellon University in Pittsburgh bracht.

Terugkerend naar EPFL voor zijn Master in Physics Engineering, hij voerde een eerstejaarsproject uit over grafeen in László Forró's Laboratory of Physics of Complex Matter. Nadat hij zijn meesters had voltooid, hij zal gedurende de zomer in het lab blijven om het project grondig uit te werken.

"Mijn project draait helemaal om het maken van fotodetectoren voor gebruik in omstandigheden met weinig licht, " zegt hij. "Ik combineer grafeen en perovskiet - twee materialen die de afgelopen tien jaar de interesse van onderzoekers hebben gewekt - om apparaten te maken die tien miljoen keer gevoeliger zijn voor licht dan gewone siliciumfotodetectoren - de standaardtechnologie die tegenwoordig wordt gebruikt ." In theorie, de efficiëntie van dergelijke materialen is hoog genoeg om een ​​enkel foton te detecteren - "zelfs bij kamertemperatuur", zegt Endre Horvath, wie leidt het project waaraan Eric werkt.

Om zulke gevoelige systemen te creëren, Bonvin ontwikkelde eerst een methode om perovskiet uit een oplossing te laten groeien tot dunne nanodraden direct bovenop grafeenvellen. Deze stap is cruciaal, omdat de lichtgevoeligheid van de apparaten afhangt van de manier waarop de nanodraden zijn gestructureerd; de architectuur is de sleutel tot optimale fotodetectie.

Niettemin, dit doen is een uitdaging. Bij het ontwikkelen van zijn eigen methode, Bonvin putte uit de expertise van het laboratorium op het gebied van microfabricage van nanodraden. Het proces omvatte uiterst nauwkeurige machines en veel vallen en opstaan, maar op het einde, Bonvin zag zijn grafeen-perovskiet-nanodraden in prachtige rechte lijnen groeien. "De groeimethode is beheersbaar, reproduceerbaar, goedkoop en schaalbaar, "zegt hij opgewonden. "Het is ideaal voor grootschalige verwerking."

De apparaten zelf zijn microfabricage in de cleanroom van EPFL's Center of MicroNanoTechnology. De reden om ze te microfabriceren is om de efficiëntie van het apparaat te verbeteren, omdat kleinere apparaten minder snel onzuiverheden bevatten, en kan daardoor een hoger rendement behalen. Dankzij microfabricage kunnen de apparaten ook worden ontworpen op een manier die eigenlijk heel weinig nanodraden bevat. Dit vermindert ook de kans op onzuiverheden, wat leidt tot hogere efficiëntie.

Dergelijke ultragevoelige fotodetectoren hebben meerdere toepassingen. Deze omvatten nachtzichtsystemen, CT-scanners, detectoren die worden gebruikt in experimenten met deeltjesversnellers en zelfs op licht gebaseerde kwantumcomputersystemen, die detectie van enkele fotonen vereisen. "Ik denk dat onze detectoren dat echt kunnen bereiken, ' zegt Bonvin.

Nog exotischer, de detectoren kunnen worden gebruikt in ruimtetelescopen, die zwakke signalen van verre sterrenstelsels over het hele elektromagnetische spectrum detecteren. "Onze detectoren reageren op een zeer groot deel van het spectrum, van nabij-infrarood tot röntgenstralen. Dit betekent dat we tegenwoordig maar één detector nodig hebben om een ​​klus te klaren waarvoor meerdere detectoren nodig zijn."

Het project van Bonvin biedt een methode om ultragevoelige detectoren te ontwikkelen door twee materialen te combineren die goedkoop te vervaardigen zijn. "In de toekomst, Ik zou graag zien dat dit soort fotodetectoren verder worden ontwikkeld – en mogelijk de eerste toepassingen ervan zien verschijnen."

Bonvin is momenteel op zoek naar een promotieplaats op het gebied van de vastestoffysica. But this summer project has already set him on a professional course. "Throughout the project, I learned a lot about photodetectors, graphene and perovskites. Next I would like to go even further and design new devices that work with the same underlying principles but with an optimized architecture. I have acquired many microfabrication skills that I will be able to apply in all sorts of projects in the future."