Valmis esimene grafeenist fotodetektor

IBM-i teadlased on saanud valmis esimese grafeenist tehtud fotodetektori. Seadet, mis on võimeline ülitäpselt avastama optilist andmevoolu kiirustel kuni 10Gbit/s, saaks tulevikus kasutada uut sorti vooluringide valmistamiseks, mis kasutaksid informatsiooni töötlemiseks ja edastadamiseks nii valgus- kui ka elektrivoolu.

Fotodetektorid on seadmed, mis detekteerivad valgust muutes optilise signaali elektrivooluks. Fotodetektoreid kasutatakse laialdaselt näiteks kommunikatsioonivahendites, fototöötluses ning andurites, vahendab Fyysika.ee.

Kaasaegsed fotodetektorid on enamasti valmistatud kasutades III-V pooljuhte, näiteks gallium-arseniiti. Kui valguskiir seda materjali tabab, tekitab iga neeldunud footon ühe elektron-auk paari. Seejärel eralduvad paarid üksteisest, tekitades elektrivoolu.

Grafeenil on mitmeid unikaalseid omadusi, mis teevad ta sobilikuks valguskiirte avastamisel. Üheks eeliseks on see, et elektronid ning ’augud’ liiguvad grafeenist läbi hulga kiiremini kui teistest materjalidest. Lisaks suudab grafeen neelata väga laias vahemikus erinevaid lainepikkusi, alates nähtavast valgusest ja lõpetates infrapunasega. III-V pooljuhid sellistel lainepikkustel ei tööta.

Vaatamata neile eelistele on grafeenil siiski üks suur viga  — elektronid ning augud, mis materjalis tekivad,  taaspaarduvad liiga kiiresti. See aga tähendab, et voolu kandmiseks ei leidu piisavalt vabu elektrone.

Phaedon Avouris ning kaasteadlased IBM TJ Watson Research Centre’ist New Yorgis on sellele probleemile lahenduse leidnud: elektronide ja aukude eraldi hoidmiseks kasutatakse sisemist elektrivälja.

Praegu on grafeen-fotodetektor võimeline veavabalt registreerima optiliste andmete voolu kiirustel kuni 10Gbit/s, mis on võrreldav vastava näitajaga teistest materjalidest —  näiteks III-V pooljuhtidest — valmistatud optilistes elektrivõrkudes.

IBM-i töörühm töötab fotodetektori tööomaduste optimiseerimise kallal ning uuritakse erinevaid viise, kuidas rakendada seda teistes optilistes seadmetes. “Meie ootuste kohaselt leidub grafeenipõhistele integreeritud elektroonilis-fotoonilistele vooluringidele erinevatel aladel palju rakendusi,” ütleb Avouris. “Eriti konkurentsivõimeline oleks grafeen-fotodetekor ülikiiretel mõõtmistel ning elektromagnetlainete skaala pikkadel lainepikkustel.”