In een recent werk gepubliceerd in Natuurcommunicatie , een onderzoeksgroep onder leiding van ICREA-hoogleraar bij ICFO Frank Koppens demonstreert een nieuwe manier om fotonen met lage energie te detecteren met behulp van verticale heterostructuren die zijn gemaakt door grafeen en andere 2D-halfgeleidende materialen te stapelen. Door de fotorespons van deze atomair dunne sandwiches te bestuderen, de onderzoekers hebben aangetoond dat het mogelijk is om een ​​stroom op te wekken door elektronen in grafeen te verwarmen met infrarood licht en de heetste elektronen over een verticale energiebarrière te extraheren.

Dit ingenieuze mechanisme, het fotothermionische effect genoemd, profiteert van bepaalde unieke optische eigenschappen van grafeen, zoals de breedbandabsorptie, ultrasnelle respons en gate-afstembaarheid. Bovendien, vanwege hun verticale geometrie, apparaten die op dit effect vertrouwen, maken gebruik van het volledige oppervlak van grafeen en kunnen mogelijk worden opgeschaald en geïntegreerd met flexibele of stijve platforms.

Algemener, deze studie onthult opnieuw de verbazingwekkende eigenschappen van deze door de mens gemaakte heterostructuren. Volgens prof. Frank Koppens, "Dit is slechts het topje van de ijsberg. Deze 2D-sandwiches hebben nog veel te onthullen." ICFO-onderzoeker Mathieu Massicotte, eerste auteur van deze studie, benadrukt de nieuwe mogelijkheden die deze nieuwe materialen bieden:"Iedereen weet dat het mogelijk is om licht te detecteren met grafeen met behulp van in-plane geometrieën, maar hoe zit het met de out-of-plane richting? Te beantwoorden, je moet buiten de 2D-box denken!"

De resultaten van deze studie hebben aangetoond dat heterostructuren gemaakt van 2D-materialen en grafeen kunnen worden gebruikt om laagenergetische fotonen te detecteren die kunnen leiden tot nieuwe, snelle en efficiënte opto-elektronische toepassingen, zoals high-speed geïntegreerde communicatiesystemen en infrarood energie oogsten. In aanvulling, het demonstreert de compatibiliteit van 2D-materialen met de digitale chips die momenteel in camera's worden gebruikt, de weg vrijmaakt voor goedkope infraroodspectrometers en beeldvormingssystemen.