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  • Resuelto el rompecabezas del grafeno de la fotoexcitada

    Representación esquemática de la bomba óptica ultrarrápida - experimento de sonda de terahercios, donde la bomba óptica induce el calentamiento de electrones y el pulso de terahercios es sensible a la conductividad del grafeno directamente después de este proceso de calentamiento. Crédito:Fabien Vialla

    La detección y el control de la luz se encuentran en el corazón de muchas aplicaciones de dispositivos modernos, como cámaras de teléfonos inteligentes. El uso del grafeno como material sensible a la luz para los detectores de luz puede ofrecer mejoras significativas con respecto a los materiales que se utilizan en la actualidad. Por ejemplo, el grafeno puede detectar la luz de casi cualquier color, y da una respuesta electrónica extremadamente rápida en una millonésima de millonésima de segundo. Por lo tanto, Para diseñar adecuadamente detectores de luz basados ​​en grafeno, es crucial comprender los procesos que tienen lugar dentro del grafeno después de que absorbe la luz.

    Los investigadores con sede en Mainz, el Dr. Hai Wang, Profesor Dmitry Turchinovich, Profesor Mathias Kläui, y la profesora Mischa Bonn, en colaboración con científicos de varios laboratorios europeos, ahora han logrado comprender estos procesos. El proyecto fue liderado por el Dr. Klaas-Jan Tielrooij del ICFO en España, quien fue recientemente elegido profesor invitado en la Escuela de Graduados de Excelencia en Ciencia de Materiales en Mainz (MAINZ).

    Publicado recientemente en Avances de la ciencia , su trabajo da una explicación detallada de por qué la conductividad del grafeno en algunos casos aumenta después de la absorción de luz mientras que disminuye en otros. Los investigadores pudieron demostrar que este comportamiento se correlaciona con la forma en que la energía de la luz absorbida fluye hacia los electrones de grafeno:después de que la luz es absorbida por el grafeno, Los procesos a través de los cuales se calientan los electrones de grafeno ocurren extremadamente rápido y con una eficiencia muy alta.

    Para grafeno altamente dopado con muchos electrones libres presentes, El calentamiento de electrones ultrarrápido conduce a portadores con energía elevada, los llamados portadores calientes. Esta, Sucesivamente, conduce a una disminución de la conductividad. Suficientemente interesante, para grafeno débilmente dopado con menos electrones libres, El calentamiento de electrones conduce a la creación de electrones libres adicionales y, por lo tanto, un aumento de la conductividad. Estos portadores adicionales son el resultado directo de la naturaleza sin espacios del grafeno. En materiales con huecos, el calentamiento de electrones no conduce a portadores libres adicionales.

    Este escenario simple de calentamiento de electrones inducido por la luz en el grafeno puede explicar muchos efectos observados. Aparte de describir las propiedades conductoras del material después de la absorción de luz, puede explicar la multiplicación de portadores, donde en condiciones específicas una partícula de luz absorbida, es decir., un fotón, puede generar indirectamente más de un electrón libre adicional y, por lo tanto, crear una respuesta fotográfica eficiente dentro de un dispositivo.

    Los resultados del artículo y, en particular, comprender con precisión los procesos de calentamiento de electrones, Definitivamente significará un gran impulso en el diseño y desarrollo de la tecnología de detección de luz basada en grafeno.


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