Германия разрабатывает новый оптический детектор на основе графена

Ученые из Исследовательского центра HZDR в Хельмсхолте, Германия, разработали новый оптический детектор, добавив к SiC крошечную пластинчатую антенну с графеном. Сообщается, что новый детектор быстро отражает падающий свет на всех длинах волн и может работать при комнатной температуре. Это первый случай, когда единый детектор был реализован для контроля спектрального диапазона от видимого до инфракрасного излучения и вплоть до терагерцового излучения.

Ученые Центра HZDR начали использовать новые графеновые детекторы для точной синхронизации лазерных систем. По словам физика Стефана Виннерла из Института физики и материалов HZDR, по сравнению с другими полупроводниками, такими как кремний или арсенид галлия, графен может переносить свет с очень большим диапазоном энергии фотонов и преобразовывать его в электрический сигнал, для чего требуется только одна широкополосная связь. и соответствующие подложки.

Листы графена и антенный узел поглощают свет и передают энергию фотонов электронам графена. Эти «горячие электроны» увеличивают сопротивление детектора и создают быстрый электрический сигнал, который завершает инжекцию падающего света всего за 40 пикосекунд.

Выбор подложки - ключ к улучшению светосилы. Полупроводниковая подложка, используемая в прошлом, поглощает свет с некоторыми длинами волн, но карбид кремния не поглощает активно свет в спектральном диапазоне. Кроме того, антенна действует как воронка, улавливая длинноволновое инфракрасное и терагерцовое излучение. В настоящее время ученым удалось увеличить спектральный диапазон в 90 раз по сравнению с предыдущими моделями, а самая короткая длина волны, которую можно обнаружить, в 1000 раз меньше самой длинной. В видимом свете длина волны красного цвета самая длинная, длина волны фиолетового цвета самая короткая, а длина волны красного цвета всего в два раза больше, чем длина волны фиолетового.

Оптический детектор был принят Центром HZDR для точной синхронизации двух лазеров на свободных электронах в центре Эльбы. Эта точная синхронизация особенно важна для экспериментов «накачка зонда», когда исследователи используют один из лазеров для возбуждения материала, а затем используют другой лазер с другой длиной волны для измерения. В этом эксперименте лазерные импульсы должны быть точно синхронизированы. Поэтому ученые используют детекторы графена как секундомер. Точно синхронизированный детектор может показать, когда лазерный импульс достигает цели, а большая полоса пропускания помогает предотвратить превращение детектора в потенциальный источник ошибки. Еще одно преимущество этого типа детектора состоит в том, что все измерения можно проводить при комнатной температуре, что позволяет избежать дорогостоящего и трудоемкого процесса охлаждения азотом или гелием, необходимого для других детекторов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.