El grafeno da un tremendo impulso a las futuras cámaras de terahercios
La detección de la luz de terahercios (THz) es extremadamente útil por dos razones principales:
(Izquierda) Representación esquemática de la parte central del dispositivo fotodetector de THz basado en gráficos, que contiene el canal de grafeno encapsulado en hBN, encima de la estructura de la antena de abertura estrecha. Aplicando distintos voltajes a las ramas izquierda y derecha de la antena, se crea una unión pn en el canal de grafeno con coeficientes Seebeck desiguales a la izquierda y a la derecha de la unión. La luz incidente es enfocada por la antena por encima del hueco, que es donde se genera la fotorespuesta. (Derecha) Medida de un foco de THz, obtenida escaneando el detector de THz en el plano del foco. La observación de varios anillos del patrón Airy indica la alta sensibilidad del detector.
ICFO
En primer lugar, la tecnología THz se está convirtiendo en un elemento clave en aplicaciones relacionadas con la seguridad (como los escáneres de aeropuertos), la comunicación inalámbrica de datos y el control de calidad, por mencionar sólo algunos. Sin embargo, los detectores de corriente en THz han mostrado fuertes limitaciones en términos de cumplir simultáneamente con los requisitos de sensibilidad, velocidad, rango espectral, poder operar a temperatura ambiente, etc.
En segundo lugar, es un tipo de radiación muy segura debido a sus fotones de baja energía, con más de cien veces menos energía que la de los fotones en el rango de luz visible.
Se espera que muchas aplicaciones basadas en gráficos surjan de su uso como material para detectar la luz. El grafeno tiene la particularidad de no tener un espacio entre bandas, en comparación con los materiales estándar utilizados para la fotodetección, como el silicio. La separación de banda en silicona hace que la luz incidente con longitudes de onda superiores a un micrón no sea absorbida y, por lo tanto, no sea detectada. En contraste, para el grafeno, incluso la luz de terahercio con una longitud de onda de cientos de micrones puede ser absorbida y detectada. Mientras que los detectores de THz basados en grafeno han mostrado resultados prometedores hasta ahora, ninguno de los detectores hasta ahora podría superar a los detectores disponibles comercialmente en términos de velocidad y sensibilidad.
En un estudio reciente, los investigadores del ICFO Sebastia?n Castilla y el Dr. Bernat Terre, liderados por el Prof. ICREA del ICFO Frank Koppens y el ex cient?fico del ICFO Dr. Klaas-Jan Tielrooij (ahora L?der de Grupo J?venes del ICFO2), en colaboraci?n con cient?ficos del CIC NanoGUNE, el NEST (CNR), la Universidad de Nanjing, el Centro Internacional de F?sica de Donostia, la Universidad de Ioannina y el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales, han sido capaces de vencer estos retos. Han desarrollado un novedoso fotodetector que funciona a temperatura ambiente, es altamente sensible, muy rápido, tiene un amplio rango dinámico y cubre un amplio rango de frecuencias THz.
En su experimento, los científicos fueron capaces de optimizar el mecanismo de fotorespuesta de un fotodetector de THz utilizando el siguiente enfoque. Integraron una antena dipolo en el detector para concentrar la luz THz incidente alrededor de la zona de separación de la antena. Al fabricar un espacio de antena muy pequeño (100 nm, aproximadamente mil veces más pequeño que el grosor de un pelo), fueron capaces de obtener una gran concentración de intensidad de luz incidente en THz en la región fotoactiva del canal de grafeno. Observaron que la luz absorbida por el grafeno crea portadoras calientes en una unión pn en el grafeno; posteriormente, los coeficientes desiguales de Seebeck en las regiones p- y n producen un voltaje local y una corriente a través del dispositivo que genera una gran respuesta fotoeléctrica y, por lo tanto, conduce a un detector de respuesta de muy alta sensibilidad y alta velocidad, con un amplio rango dinámico y una amplia cobertura espectral.
Los resultados de este estudio abren un camino hacia el desarrollo de un sistema de cámaras de bajo coste totalmente digital. Esto podría ser tan barato como la cámara dentro del smartphone, ya que un detector de este tipo ha demostrado tener un consumo de energía muy bajo y es totalmente compatible con la tecnología CMOS.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Sebastián Castilla, Bernat Terrés, Marta Autore, Leonardo Viti, Jian Li, Alexey Y. Nikitin, Ioannis Vangelidis, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Elefterios Lidorikis, Miriam S. Vitiello, Rainer Hillenbrand, Klaas-Jan Tielrooij, and Frank H.L. Koppens; Fast and Sensitive Terahertz Detection Using an Antenna-Integrated Graphene pn Junction"; Nano Letters; 2019
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