Heterostrukturer af grafen med sort fosfor, arsenlag muliggør nye infrarøde detektorer

MIPT -forskere og deres kolleger fra Japan og USA har beregnet parametre for fotodetektorer bestående af lag af grafen og en kombination af sort fosfor og sort arsen. Disse sensorer er i stand til at detektere stråling med energi mindre end båndgabet i de bestandige lag uden grafen. Det er også let at ændre dem for at øge deres følsomhed over for den krævede bølgelængde af lys. Sådanne sensorer kan erstatte langt-infrarøde og terahertz strålingsdetektorer. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Optik Express .

De nye sensorer vil gavne mange områder inden for videnskab og teknologi. Det langt infrarøde bånd er betydeligt både til husholdningsapplikationer og til grundvidenskab. Disse bølger udsendes af kosmisk støv, hvis undersøgelse afslører udviklingen af ​​galakser. Infrarøde lyssensorer bruges i nattesynsudstyr, fjernbetjeninger, hjem missiler, og hjerteslagssensorer. Terahertz-stråling tilbyder et mindre farligt alternativ til røntgenbagagescannere.

Forskerne her betragtede langt-infrarøde interbåndsfotodetektorer baseret på et grafenmonolag. Grafen var omgivet af lag lavet af sort fosfor og sort arsen i varierende mængder. Ved at ændre forholdet mellem disse stoffer, det er muligt at flytte fotodetektorens arbejdsområde. Energierne utilgængelige for elektroner i sort fosfor og arsen er forskellige. Detektoren fungerer ved at registrere en elektron eller et hul, der kommer ind i ledningsbåndet af sort fosfor eller arsen efter en overgang mellem to energibånd af grafen. Imidlertid, temperatureffekter får infrarøde og terahertz sensorer til at registrere signal selv "i mørket, "i fravær af stråling. De lagdelte strukturer, der blev undersøgt i undersøgelsen, viste sig at opleve en mørk strøm meget lavere end i dem, der bruges i dag.

"Vi beregnede parametrene for de lysfølsomme elementer til fjern-infrarød detektion baseret på et grafen-monolag. Sådanne enheder kan erstatte næsten alle langt-infrarøde og terahertz strålingssensorer, der bruges i dag. Den formindskede mørke strøm og den høje lysfølsomhed forbedrer signifikant signalet -støjforhold selv ved lavintensiv stråling. Ved at anvende en omhyggeligt kalibreret spænding, Detektorernes arbejdsområde kan ændres uden at påvirke signalmodtagelseskvaliteten. Sådanne sensorer kan forbedre ydelsen af ​​infrarøde teleskoper. Ifølge beregninger, ved høje temperaturer vil detektorerne producere et meget renere signal end de detektorer, der bruges nu, "tilføjer Victor Ryzhii, leder af 2-D Materials and Nanodevices Laboratory.