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新型石墨烯光電探測器:轉化速度接近極限

西班牙和美國科學家合作研制出一種基于石墨烯的光電探測器轉化儀,其能在不到50飛秒(1秒的一千萬億分之一)的時間内将光轉化為電信号,幾乎接近光電轉化速度的極限,将大力助推多個領域的發展。高效的光電轉化技術,因為能讓光所攜帶的信息轉化成可在電子電路中進行處理的電信号,在從照相機到太陽能電池等多個關鍵技術領域發揮着重要作用,也是數據通訊應用的重要支撐。盡管石墨烯是一種擁有極高光電轉化效率的材料,但此前科學家們并不知道其對超短光脈沖的反應究竟有多快。

現在,由西班牙光子科學研究所的研究員弗朗克·科朋斯教授、加泰羅尼亞高等研究院的尼爾克·範·赫斯特、美國麻省理工學院的帕博羅·加裡洛-赫耶羅,以及加州大學河濱分校物理系教授劉津甯(音譯)領導的研究團隊研制出了這種基于石墨烯的光電探測器轉化儀,其能在不到50飛秒的時間内将光轉化為電,将光電轉化速度推到了極限。最新研究已發表在近期出版的《自然·納米技術》雜志上。

為了做到這一點,研究人員使用了超快的脈沖激光激發以及超高靈敏度的電子讀出方法。研究人員克拉斯-揚·泰爾說:“這一實驗的獨特之處在于,将從單分子超快光子學所獲得的超快脈沖成型技術與石墨烯電子技術完美結合在一起,再加上石墨烯的非線性光—熱電反應,使科學家們能在如此短的時間内将光轉化為電信号。”

研究人員稱,由于石墨烯内所有導帶載流子之間存在着超快且超高效的關聯,在石墨烯内快速制造出光電壓是可能的。這種相互關聯使他們可以采用一種不斷升高的電子溫度,快速制造出一種電子分布。如此一來,從光吸收的能量能被有效且快速地轉變成電子的熱量。随後,在擁有兩種不同摻雜的兩個石墨烯區域的交界處,電子的熱量被轉變成電壓。實驗結果表明,這種光熱電效應幾乎同時出現,被吸收的光可以快速轉變成電信号。研究人員表示,最新研究打開了一條通往超快光電轉化的新通路。科朋斯強調說:“石墨烯光電探測器擁有令人驚奇的性能,可以應用于很多領域。”

探測器就如同眼睛,光電轉化器件就像眼中的感光細胞,細胞的靈敏程度決定了眼睛看到的世界的模樣,也決定了大腦對世界的理解程度。對光電探測器尤其是需要精密測量的實驗室儀器來說,甚至飛秒級的誤差都可能得出差之毫厘謬以千裡的結果。本研究讓石墨烯再一次帶來驚喜,将光電轉化速度推到了極限,從而能夠獲得最快速的響應,才能盡可能降低幹擾因素,讓我們對從粒子世界到宇宙空間都看得更清楚,算得更精确,想得更明白。

來源:中國科技網

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