Создан фотоэлемент на основе графена

Графен
Графен

Сразу три группы физиков: из Австрии, Гонконга и из США представили прототипы фотодетекторов на основе графена. Эти устройства преобразуют инфракрасные оптические сигналы в электрические импульсы, причем эффективность графеновых фотодетекторов выше, чем у аналогичных устройств традиционного типа. Все три работы опубликованы журналом Nature Photonics (1, 2, 3) и кратко их суть пересказана в сообщении Nature News.

Все три разработки несколько различаются между собой, однако все они используют ключевую особенность графена, способность преобразовывать в электрические импульсы световые кванты с разной энергией. Традиционные фотодетекторы работают за счет того, что квант света передает носителю заряда энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера, зазора между энергетическими уровнями в полупроводнике, но графен не является «полноценным» полупроводником и у него нет так называемой запрещенной зоны.

Из-за отсутствия запрещенной зоны графеновые детекторы оказались способны регистрировать (в случае с разработкой группы из Китайского университета в Гонконге) кванты света в среднем инфракрасном диапазоне, с длиной волны от 1,55 до 2,75 микрометров. Авторы утверждают, что их детектор способен функционировать при комнатной температуре, хотя германиевые аналоги с чувствительностью в том же диапазоне требует охлаждения жидким азотом. Как поясняется в Nature News, работа при комнатной температуре может упростить выявление химических веществ в атмосфере и сделать более доступными биохимические исследования в диагностических целях.

Участник американской группы, Дирк Энглунд, физик из Массачусетского технологического института, подчеркнул также то, что скорость передачи данных через фотодетекторы на основе графена составила 12 гигабит в секунду, то есть оказалась сопоставима с обычными полупроводниковыми устройствами. По его прогнозам, стремительный переход на графен произойдет тогда, когда ученые и технологи научатся синтезировать этот двумерный материал в промышленных количествах со стабильно высоким качеством: на сегодня это главное препятствие на пути к графеновой электронике.

Отсутствие запрещенной зоны, как поясняет один из создавших новые детекторы ученых, Томас Мюллер из Технологического института в Вене, сделала его идеальным материалом для устройства, которое преобразует инфракрасные импульсы в электрические.

Мюллер пояснил (и эти пояснения верны для всех трех описанных в Nature Photonics устройств), что графен обещает быть дешевле традиционного германия, а операции с графеном уже достаточно отработаны на технологическом уровне. Ключевой проблемой, которая не позволила раньше создать графеновые фотодетекторы, являлась прозрачность материала: пропускающий свет и инфракрасное излучение графен плохо подходил для прибора, действие которого по определению связано с поглощением излучения. Первые образцы детекторов, полученные в 2009 году и описанные тогда в Nature Nanotechnology имели из-за своей прозрачности очень низкую эффективность и говорить о практическом применении таких устройств было нельзя. Проблему удалось решить только сейчас: выдаваемый детекторами при освещении ток еще не достиг типичного для германиевых приборов значения, но уже более чем в 50 раз превзошел результаты 2009 года. По мнению всех разработчиков, разрыв скоро будет ликвидирован; кроме того, новые детекторы уже превзошли германиевые по другим параметрам.

Из-за большей по сравнению с кремнием и многими полупроводниками подвижности носителей заряда графен считается перспективным материалом для электронных приборов. К числу его недостатков относят отсутствие в немодифицированном графене запрещенной зоны, а также технологическую сложность получения больших однородных листов.

Обсудить
Наука и техника00:0117 ноября

Пробила дно

Планета-пришелец расколола Землю и сдвинула континенты
Накрыло: на Урале произошел мощный выброс радиации
Уровень загрязнения в Челябинске превышен в сотни раз
Дошел до Берлина
Школьник пожалел солдата вермахта, а его затравили всей Россией
«Для них история — игрушка с лозунгом "Вперед! На Берлин!"»
Почему школьник из Нового Уренгоя был прав, пожалев солдат вермахта
Из плоти и стали
Что мы не знаем о ветеранах Афгана и Чечни
Абсолютное возмездие
Россия, США и Китай готовятся к третьей мировой войне
Пробила дно
Планета-пришелец расколола Землю и сдвинула континенты
«Это восприняли как наказание»
Неизвестная история борьбы России и Запада
Голодающие дети в Бузулуке (Самарская губерния), 1921-1922 гг.«Обезумевшие родители отбирали еду у детей»
Советская власть бросила миллионы умирать от голода, но их спасли американцы
«Происходящее — форма женского освобождения»
Йоаким Триер о мистической драме про лесбийскую любовь и Бога
Циркуль в глаз
Судьба еврейского художника: от украинских сказок до нацистской выставки
«Будешь моей женой, или я оторву тебе голову»
Сюжеты скандинавских сказок в одной фразе
«Любовь — довольно пошлая штука»
Звезда «Жизни Адель» о драйве, страсти и постельных сценах
«Девочку из России тут никто не ждет»
История сибирячки, перебравшейся в Нидерланды
Во всем виноват буй
Она мечтала о круизе с секс-рабынями, но потерялась в море с боевой подругой
«Не надо меня спасать»
Звездный путешественник нашел тайное племя головорезов, ввязался в войну и выжил
Эмилио Эстевес в роли Билли КидаМалыш на миллион
Легендарный головорез Дикого Запада передал привет из прошлого
Самые большие шины в мире
Огромные покрышки, которые подойдут даже машине Годзиллы
5 причин, почему мы ненавидим кроссоверы
Объясняем в картинках, почему самые популярные машины в мире никуда не годятся
Audi Q5 против SQ5
Пять причин купить Audi SQ5 вместо обычной Q5 (и одна против)
Кто делает самые эпатажные британские машины
«Рэйнджи», «Астоны» и «Роллс-Ройсы»: лучшие творения ателье Kahn Design
Ловушка для планктона
Тест: Какой офис идеально вам подходит
Это чисто Питер
Сколько стоят квартиры в воспетом Шнуром городе на Неве
Белый друг
Самые необычные туалеты мира
«Моя бывшая живет на помойке»
Москвич сделал из жены бомжа, и ему не стыдно
Берите две
Пять стран, где ипотеку дают под смешной процент
Это Англия, детка!
Идеальный дом можно выиграть за две тысячи рублей