Si usas un teléfono inteligente, una computadora portátil o una tableta, entonces te beneficias de la investigación en fotónica, el estudio de la luz. En la Universidad de Delaware, un equipo liderado por Tingyi Gu, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, está desarrollando tecnología de punta para dispositivos fotónicos que podrían permitir comunicaciones más rápidas entre los dispositivos y por lo tanto, las personas que los usan.

El grupo de investigación recientemente diseñó un dispositivo de silicio- grafeno que puede transmitir ondas de radiofrecuencia en menos de un picosegundo en un ancho de banda de sub-terahercios, eso es mucha información, rápidamente. Su trabajo se describe en un nuevo artículo publicado en la revista ACS Applied Electronic Materials .

«En este trabajo, exploramos la limitación del ancho de banda de la fotónica de silicio con grafeno integrado para futuras aplicaciones optoelectrónicas«, dijo el estudiante graduado Dun Mao, el primer autor del artículo.

El silicio es un material abundante y de uso natural que se usa comúnmente como semiconductor en dispositivos electrónicos. Sin embargo, los investigadores han agotado el potencial de los dispositivos con semiconductores hechos de silicio solamente. Estos dispositivos están limitados por la movilidad del portador de silicona, la velocidad a la que una carga se mueve a través del material y el intervalo de banda indirecto, lo que limita su capacidad para liberar y absorber la luz.

Ahora, el equipo de Gu está combinando el silicio con un material con propiedades más favorables, el grafeno en 2-D. Los materiales en 2-D reciben su nombre porque son solo una sola capa de átomos. En comparación con el silicio, el grafeno tiene una mejor movilidad del portador y un intervalo de banda directo y permite una transmisión de electrones más rápida y mejores propiedades eléctricas y ópticas. Al combinar el silicio con el grafeno, los científicos pueden continuar utilizando tecnologías que ya se utilizan con dispositivos de silicio; simplemente trabajarían más rápido con la combinación silicio-grafeno.

«Mirando las propiedades de los materiales, ¿podemos hacer más de lo que estamos trabajando? Eso es lo que queremos resolver«, dijo el doctorando Thomas Kananen.
Para combinar el silicio con el grafeno, el equipo utilizó un método que desarrollaron y describieron en un artículo publicado en 2018 en npj 2-D Materials and Application. El equipo colocó el grafeno en un lugar especial conocido como la unión pin, una interfaz entre los materiales. Al colocar el grafeno en la unión pin, el equipo optimizó la estructura de una manera que mejora la capacidad de respuesta y la velocidad del dispositivo.

Este método es robusto y podría ser aplicado fácilmente por otros investigadores. Este proceso se lleva a cabo en una oblea de 12 pulgadas de material delgado y utiliza componentes que son más pequeños que un milímetro cada uno. Algunos componentes fueron hechos en una fundición comercial. Otro trabajo tuvo lugar en la Planta de Nanofabricación de la UD, de la cual Matt Doty, profesor asociado de ciencia de materiales e ingeniería, es el director.

«La Instalación de nanofabricación de UD (UDNF, por sus siglas en inglés) es una instalación con asistencia del personal que permite a los usuarios fabricar dispositivos en escalas de longitud tan pequeñas como 7 nm, que son aproximadamente 10.000 veces más pequeñas que el diámetro de un cabello humano«, dijo Doty. «La UDNF, que se inauguró en 2016, ha permitido nuevas direcciones de investigación en campos que van desde la optoelectrónica a la biomedicina a la ciencia de las plantas«.

La combinación de silicio y grafeno se puede usar como fotodetector, que detecta la luz y produce corriente, con más ancho de banda y un tiempo de respuesta más bajo que las ofertas actuales. Toda esta investigación podría agregar dispositivos inalámbricos más baratos y rápidos en el futuro. «Puede hacer que la red sea más fuerte, mejor y más barata«, dijo el asociado postdoctoral y el primer autor del artículo npj 2-D Materials and Application Tiantian Li. «Ese es un punto clave de la fotónica».

Ahora el equipo está pensando en maneras de expandir las aplicaciones de este material. «Estamos viendo más componentes basados ​​en una estructura similar«, dijo Gu.

Via: https://phys.org/news/2019-03-explores-graphene-silicon-devices-photonics-applications.html