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.

подписатьсяОбсудить
Шедевр под носом
Самые популярные фотографии Instagram за сентябрь
Рожать нельзя помиловать
Как живет страна, где за аборт можно получить 10 лет тюрьмы
Джентльмен из песочницы
10 ярких поступков детей, поставивших на место знаменитостей и политиков
Богат бедняк мечтами
Фотопроект о реальности и фантазиях бездомных людей
Осенний набор
Все премьеры Парижского автосалона
Париж-2016
Репортаж с Парижского моторшоу: день первый
Великий увозитель
Все, что нужно знать о новом Land Rover Discovery, в 27 фотографиях
Лошади на литры
Самые вместительные машины с моторами мощностью 600 л.с. и больше
Стенка на стенку
Джоконда, покемон и Корлеоне с Чебурашкой — лучшее от уличных художников Москвы
«За годы ожидания мы выдохлись. Живем сейчас где попало»
История покупателей жилья, заселенных в недостроенные дома в Подмосковье
«Мне угрожали, обещали закатать в асфальт»
История валютной ипотечницы, которая прошла оба кризиса и ни о чем не пожалела
Что-то пошло не так
Как выглядят населенные насекомыми города, жизнь без неба и море над головой
Кто купил Америку
Десять человек, которым на самом деле принадлежат земли США