Un nuevo fotodetector , hecho con grafeno, puede operar en un rango más amplio de longitudes de onda y procesar imágenes más rápido que los fotodetectores existentes. El detector también es más sensible a los bajos niveles de luz que la tecnología actual.

El fotodetector funciona en una amplia gama de luz, procesa las imágenes con mayor rapidez y es más sensible a los bajos niveles de luz que la tecnología actual. Cortesía de UCLA Engineering.

Investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) fabricaron el fotodetector utilizando nanoestructuras fotoconductoras basadas en nanoestructuras de grafeno con parches de oro. Pusieron rayas de grafeno sobre una capa de dióxido de silicio; luego crearon una serie de patrones a nanoescala en forma de peine hechos de oro, con «dientes» de aproximadamente 100 nm de ancho. Las nanoestructuras de grafeno actúan como una red para atrapar los fotones entrantes. El grafeno convierte los fotones en una señal eléctrica. Los nanopatternos en forma de peine de oro transfieren rápidamente esa información a un procesador, que produce una imagen de alta calidad correspondiente, incluso en condiciones de poca luz.

A través de este enfoque, el equipo logró una alta capacidad de respuesta sin el uso de puntos cuánticos, estados de defecto o barreras de túneles que limitan el ancho de banda y limitan la velocidad.

El fotodetector de grafeno demostró una fotodetección de alta capacidad de respuesta (amperios por vatio; A / W) desde el régimen visible al IR de 0,6 A / W a 0,8 μm y 11,5 A / W a 20 μm, con velocidades de operación que superan los 50 GHz. Los resultados indican una mejora de los tiempos de respuesta en más de siete órdenes de magnitud y un aumento en los anchos de banda de un orden de magnitud, en comparación con los fotodetectores de grafeno de mayor capacidad de respuesta basados ​​en puntos cuánticos y barreras de túneles.

«Diseñamos específicamente las dimensiones de las nanoestructuras de grafeno y sus parches metálicos para que la luz visible y la infrarroja entrantes queden estrechamente confinadas en su interior», dijo el investigador Semih Cakmakyapan. intensidad en todo el rango espectral, desde visible a infrarrojo «.

El equipo cree que la combinación de banda ancha y fotodetección ultrarrápida con alta capacidad de respuesta podría tener un impacto en los futuros sistemas de detección e imagen hiperespectral . Los investigadores dijeron que para mejorar aún más el rendimiento, los parches de oro simétricos podrían reemplazarse con parches metálicos asimétricos; esto podría llevar a la ruptura de la simetría y permitir el funcionamiento del dispositivo sin sesgos y con poca intensidad de corriente.

«Nuestro fotodetector podría ampliar el alcance y los posibles usos de los fotodetectores en los sistemas de detección y procesamiento de imágenes», dijo la profesora Mona Jarrahi. Información sobre sus pacientes. También podría usarse en tecnologías de detección ambiental para identificar con mayor precisión la concentración de contaminantes ”.

La investigación se publicó en Light: Science & Applications ( Doi: 10.1038 / s41377-018-0020-2 ).