In een recente studie, onderzoekers ontwikkelden een nieuwe grafeen-enabled fotodetector die werkt bij kamertemperatuur, is zeer gevoelig, snel, heeft een groot dynamisch bereik, en bestrijkt een breed scala aan THz-frequenties. De onderzoekers hebben een goed begrip gekregen van hoe het PTE-effect aanleiding geeft tot een THz-geïnduceerde fotorespons, wat waardevol is voor verdere detectoroptimalisatie.

Het detecteren van terahertz (THz)-licht is om twee belangrijke redenen uiterst nuttig:THz-technologie wordt een sleutelelement in toepassingen op het gebied van beveiliging (zoals luchthavenscanners), draadloze datacommunicatie en kwaliteitscontrole, om er maar een paar te noemen. Echter, huidige THz-detectoren hebben beperkingen, inclusief gelijktijdig voldoen aan de eisen voor gevoeligheid, snelheid, spectraalgebied, en werkend bij kamertemperatuur. Tweede, terahertz-licht is een zeer veilige vorm van straling vanwege de laagenergetische fotonen, met meer dan 100 keer lagere energie dan die van fotonen in het zichtbare lichtbereik.

Op grafeen gebaseerde materialen zijn nuttig voor het detecteren van licht. Grafeen heeft geen bandgap, in vergelijking met standaardmaterialen die worden gebruikt voor fotodetectie, zoals silicium. De bandgap in silicium voorkomt absorptie, en dus detectie, van invallend licht met een golflengte langer dan een micron. In tegenstelling tot, voor grafeen, zelfs terahertz-licht met een golflengte van honderden microns kan worden geabsorbeerd en gedetecteerd. Hz-detectoren op basis van grafeen hebben veelbelovende resultaten laten zien, maar geen enkele is nog zo effectief als in de handel verkrijgbare detectoren in termen van snelheid en gevoeligheid.

In een recente studie, ICFO-onderzoekers Sebastián Castilla en Dr. Bernat Terres, onder leiding van ICREA Prof. bij ICFO Frank Koppens en voormalig ICFO-wetenschapper Dr. Klaas-Jan Tielrooij, en een internationaal samenwerkingsverband van onderzoekers, deze uitdagingen hebben kunnen overwinnen. Ze hebben een nieuwe grafeen-enabled fotodetector ontwikkeld die werkt bij kamertemperatuur, en is zeer gevoelig, snel, heeft een groot dynamisch bereik, en bestrijkt een breed scala aan THz-frequenties.

In hun experiment hebben de wetenschappers optimaliseerden het fotoresponsmechanisme van een THz-fotodetector. Ze integreerden een dipoolantenne in de detector om het invallende THz-licht rond het antennegatgebied te concentreren. Door een antenneopening van 100 nanometer te fabriceren, ze waren in staat om een ​​grote intensiteitsconcentratie van THz-invallend licht te verkrijgen in het fotoactieve gebied van het grafeenkanaal. Ze zagen dat het licht dat door het grafeen wordt geabsorbeerd, hete dragers creëert op een pn-junctie in grafeen; vervolgens, de ongelijke Seebeck-coëfficiënten in de p- en n-regio's produceren een lokale spanning en een stroom door het apparaat en genereren een zeer grote fotorespons, wat leidt tot een zeer gevoelige, snelle responsdetector met een breed dynamisch bereik en een brede spectrale dekking.

De resultaten van dit onderzoek kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van een volledig digitaal, goedkoop camerasysteem dat net zo goedkoop is als de camera in de smartphone, aangezien een dergelijke detector een zeer laag stroomverbruik heeft en volledig compatibel is met CMOS-technologie.