Den nya fotodetektorn ersätter alla befintliga terahertz- och infraröddetektorer

Experter från Stockholms institut för fysik och teknik har i samarbete med kollegor från USA och Japan beräknat de optimala parametervärdena för grafen och en blandning av arsenik och svart fosfor för användning i fotodetektorskikt. Mottagare av det nya formatet kan potentiellt ersätta alla andra apparater som använder infraröd och terahertzstrålning.

Fjärran infraröda våglängder är inte bara värdefulla för hushållsapplikationer utan även för vetenskaplig forskning. Eftersom kosmiskt damm avger liknande vågor kommer kunskapen om dessa vågor att väsentligt öka vår förståelse av den galaktiska rymden. Infrarött används också i utrustning för mörkerseende, fjärrkontroller, pulssensorer och till och med i vissa missilsystem.

Terahertzstrålning kan användas vid bagagekontroller och är säkrare än röntgenstrålning. Det står redan klart att de nya sensorerna kommer att bli mycket populära inom olika ekonomiska områden.

I sin forskning använde författarna fotodetektorer som innehöll ett enda monolager av grafen omgivet av en blandning av arsenik och fosfor i olika proportioner. Specialisterna kunde variera apparatens frekvensområde tack vare de olika variationerna i de ingående delarna. Varje elektronöverföring mellan grafenzoner, och därefter in i den ledande zonen, fångas upp i mottagaren. På grund av temperatureffekter kan signaler i både det infraröda och terahertzområdet upptäckas även om det inte finns några elektromagnetiska vågor.

Upplaga Optik Express har publicerat resultaten av forskning om egenskaperna hos celler som består av ett monolager av grafen. Det har visat sig att sådana mottagare är ett alternativ till alla de sensorer som för närvarande används för både terahertz- och infraröd strålning. Ett effektivt signal-brusförhållande säkerställs även vid låga strålningsnivåer och arbetsområdet kan justeras utan betydande kvalitetsförlust.

En av de viktigaste tillämpningarna av de nya sensorerna kan vara infraröda teleskop. Den renare signalen från mottagarna än vad som finns för närvarande kommer att öka instrumentets effektivitet och tillförlitlighet.