Ultrasnelle detectie van licht vormt tegenwoordig de kern van optische communicatiesystemen. Gedreven door het internet der dingen en 5G, bandbreedte voor datacommunicatie groeit exponentieel, dus nog snellere optische detectoren nodig die kunnen worden geïntegreerd in fotonische circuits.

In het recente werk dat vandaag is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , de onderzoeksgroep onder leiding van prof bij ICFO Frank Koppens heeft aangetoond dat een tweedimensionaal kristal, gecombineerd met grafeen, heeft de mogelijkheid om optische pulsen te detecteren met een respons sneller dan tien picoseconden, met behoud van een hoog rendement. Door gebruik te maken van ultrasnelle laserpulsen, de onderzoekers hebben een recordhoge fotoreactiesnelheid aangetoond voor een heterostructuur gemaakt van tweedimensionale materialen. Deze nieuwe materialen krijgen steeds meer aandacht vanwege hun verbazingwekkende en rijke verscheidenheid aan eigenschappen.

Een belangrijk voordeel van deze apparaten op basis van grafeen en andere tweedimensionale materialen is dat ze monolithisch kunnen worden geïntegreerd met siliciumfotonica, wat een nieuwe klasse van fotonische geïntegreerde schakelingen mogelijk maakt. Hoewel deze studie zich heeft gericht op de intrinsieke eigenschappen van het fotodetectieapparaat, de volgende stap is het ontwikkelen van prototypen van fotonische circuits en het onderzoeken van manieren om de grootschalige productie van deze apparaten te verbeteren.

Terwijl prof. Frank Koppens zegt:"Het is opmerkelijk hoe een materiaal van slechts enkele nanometers dik zo'n hoge prestatie kan leveren", ICFO-onderzoeker Mathieu Massicotte en eerste auteur van deze studie stelt dat "Iedereen wist dat grafeen ultrasnelle fotodetectoren kon maken, maar verwante tweedimensionale kristallen liepen nog steeds erg achter. In ons werk laten we zien dat door deze twee materialen te combineren, we kunnen een fotodetector verkrijgen die niet alleen ultrasnel is, maar ook zeer efficiënt."

De resultaten van deze studie hebben aangetoond dat het stapelen van halfgeleidende 2D-materialen met grafeen in heterostructuren zou kunnen leiden tot nieuwe, snelle en efficiënte opto-elektronische toepassingen, zoals snelle geïntegreerde communicatiesystemen.