Kontrollerer, hvor hurtigt grafen afkøles

Grafen er det tyndeste materiale, der nogensinde er produceret, med tykkelsen af ​​et enkelt atomlag. Tyndere end en milliardtedel af en meter er den i stand til effektivt at absorbere lys fra det synlige til det infrarøde gennem fotoexcitation af dets ladningsbærere. Efter lysabsorption afkøles dens fotoexciterede ladningsbærere til den indledende ligevægtstilstand på få picosekunder, svarende til en milliontedel af en milliontedel af et sekund. Den bemærkelsesværdige hastighed af denne afslapningsproces gør grafen særligt lovende til en række teknologiske anvendelser, herunder lysdetektorer, kilder og modulatorer.

En nylig undersøgelse offentliggjort i ACS Nano har vist, at afslapningstiden for grafenladningsbærere kan ændres væsentligt ved at påføre et eksternt elektrisk felt. Forskningen er udtænkt i et internationalt samarbejde mellem CNR-IFN, Politecnico di Milano, University of Pisa, Graphene Centre of Cambridge (UK) og ICN2 of Barcelona (Spanien).

"Ændringen i afslapningstiden for ladningsbærere i grafen, som vi har observeret, demonstrerer et hidtil uset niveau af kontrol på den optiske respons af en krystal og gør det muligt at opnå en lang række forskellige adfærd ved hjælp af et enkelt materiale," siger Eva Pogna, forsket fra CNR-IFN, værkets første forfatter.

Dette arbejde baner vejen for udviklingen af ​​enheder, der udnytter kontrollen af ​​afslapningstiden for ladebærere til at understøtte nye funktionaliteter. Hvis f.eks. grafen bruges som mættet absorber i et laserhulrum til at generere ultrakorte lysimpulser, ved at ændre afslapningstiden for ladningsbærerne, kan vi kontrollere varigheden af ​​udgangsimpulserne.

"Den specifikke enhed, som vi har brugt til at studere grafen, viste sig at være afgørende for at observere den stærke afstemning af dens optiske egenskaber med det eksterne elektriske felt, hvilket gør det muligt at ændre antallet af ladningsbærere over et bredt område ved at udnytte ionisk væskeport, som er en state-of-the-art teknologi introduceret til at studere superledere" forklarer Andrea Ferrari, direktør for Graphene Center i Cambridge.

Den grafen-baserede enhed er blevet undersøgt ved ultrahurtig spektroskopi, som gjorde det muligt at overvåge variationen af ​​afslapningstiden for ladningsbærerne.

"Dette arbejde repræsenterer det seneste trin i et mangeårigt forskningssamarbejde, der er viet til studiet af den ultrahurtige bærerdynamik i grafen, med det formål at udforske det store potentiale i dette fascinerende materiale" som tilføjet af Klaas-Jan Tielrooij, leder af Ultrafast Dynamics i Nanoscale Systems-gruppen på ICN2.

"Denne opdagelse er af stor interesse for en række teknologiske anvendelser, lige fra fotonik, til pulserende laserkilder eller optiske begrænsere, der forhindrer skade på optiske komponenter, til telekommunikation, for ultrahurtige detektorer og modulatorer," konkluderer Giulio Cerullo, professor ved Fysisk Institut for Politeknico di Milano. + Udforsk yderligere

Forskere afslører mekanismen for elektrisk feltdetektion i grafensensorer i mikroskala