Графен вловить інфрачервоне випромінювання за допомогою фосфору і миш'яку

Вчені з МФТІ спільно з колегами з Японії та США розрахували параметри фотоприймачів з шарів графену та суміші чорних фосфору та миш'яку. Подібні сенсори можуть замінити будь-які приймачі далекого інфрачервоного і терагерцевого випромінювання.

Далекий інфрачервоний діапазон вкрай важливий як у різних побутових застосуваннях, так і в науці. Такі хвилі випромінює космічний пил, знання про який вкрай корисні для вивчення еволюції галактик. Сенсори інфрачервоного світла використовуються в приладах нічного бачення, пультах дистанційного керування, ракетних системах самонаведення і в датчиках серцебиття. Терагерцеве випромінювання застосовується в системах безпеки для сканування багажу. Воно при цьому безпечніше рентгенівського. Нові сенсори інфрачервоного і терагерцевого випромінювання знайдуть своє застосування в багатьох областях техніки.

Автори дослідження розглянули міжполосні фотоприймачі далекого інфрачервоного випромінювання на основі одного графенового моношару. Графен був оточений шарами з суміші чорного фосфору і чорного миш'яка в різних пропорціях. Регулюючи співвідношення цих речовин, можна зрушувати робочий діапазон частот фотоприймача. Чорні фосфор і миш'як мають різні діапазони енергій, недоступних для електронів. Перехід електрона (або дірки) з однієї дозволеної зони графена в іншу з подальшим виходом в зону провідності чорного фосфору або миш'яка реєструється в подібному фотоприймальнику. Однак через температурні ефекти в сенсорах інфрачервоного і терагерцевого діапазону реєструється сигнал навіть «у темряві», тобто без впливу електромагнітних хвиль. Виявилося, що в розглянутих прошаркових структурах такий темновий струм набагато менший, ніж у використовуваних в'язницях. Результати дослідження опубліковані в журналі Optics Express.

"Ми розрахували параметри світлочутливих елементів, які можуть вловлювати далеке інфрачервоне світло, виготовлених на основі графенового моношару. Такі фотоприймачі можуть замінити майже будь-які датчики інфрачервоного і терагерцевого випромінювання. За рахунок слабкого темнового струму і високої фоточутливості можна домогтися відмінного співвідношення «сигнал - шум» навіть при прийомі випромінювання низької інтенсивності. Якщо додати потрібну напругу, робочий діапазон таких приймачів можна змінювати без втрати якості прийому сигналу. Подібні сенсори можуть підвищити ефективність роботи інфрачервоних телескопів. Розраховані приймачі при високих температурах повинні давати набагато більш чистий сигнал, ніж використовувані сьогодні ", - доповнює Віктор Рудий, завідувач лабораторії почесних матеріалів і наноустроїв МФТІ.

Матеріал надано прес-службою МФТІ