Det fotoopspændte grafenpuslespil løst

Lysregistrering og -styring er kernen i mange moderne apparatapplikationer, såsom kameraer i telefoner. Brug af grafen som et lysfølsomt materiale til lysdetektorer giver betydelige forbedringer med hensyn til materialer, der bruges i dag. For eksempel, grafen kan registrere lys i næsten enhver farve, og det giver et ekstremt hurtigt elektronisk svar inden for en milliontedel af en milliontedel af et sekund. Dermed, med henblik på korrekt at designe grafenbaserede lysdetektorer, det er afgørende at forstå de processer, der finder sted inde i grafenet, efter at det har absorberet lys.

Det er nu lykkedes et team af europæiske forskere at forstå disse processer. Udgivet for nylig i Videnskab fremskridt , deres arbejde giver en grundig forklaring på hvorfor, i nogle tilfælde, grafen konduktivitet øges efter lysabsorption, og i andre tilfælde, det falder. Forskerne viser, at denne adfærd korrelerer med den måde, hvorpå energi fra absorberet lys strømmer til grafenelektronerne:Efter lyset er absorberet af grafen, de processer, hvorigennem grafenelektroner opvarmer, sker ekstremt hurtigt og med en meget høj effektivitet.

For stærkt dopet grafen (hvor mange frie elektroner er til stede), ultrahurtig elektronopvarmning fører til bærere med forhøjet energi - varme bærere - som, på tur, fører til et fald i ledningsevnen. Interessant nok, for svagt dopet grafen (hvor der ikke er så mange frie elektroner til stede), elektronopvarmning fører til oprettelsen af ​​yderligere frie elektroner, og derfor en stigning i ledningsevnen. Disse ekstra bærere er det direkte resultat af grafens gapløse natur - i hullede materialer, elektronvarme fører ikke til yderligere gratis bærere.

Dette enkle scenario med lysinduceret elektronopvarmning i grafen kan forklare mange observerede effekter. Bortset fra at beskrive materialets ledende egenskaber efter lysabsorption, det kan forklare transportørmultiplikation, hvor - under særlige forhold - en absorberet lyspartikel (foton) indirekte kan generere mere end en ekstra fri elektron, og dermed skabe et effektivt fotorespons inden for en enhed.

Resultaterne af papiret, i særdeleshed, nøjagtig forståelse af elektronopvarmningsprocesser, vil helt sikkert betyde et stort løft i designet og udviklingen af ​​grafenbaseret lysdetekteringsteknologi.