Izquierda) Representación esquemática de la parte central del dispositivo fotodetector de THz basado en grafeno, que contiene el canal de grafeno encapsulado en hBN, encima de la estructura de antena de espacio estrecho. Aplicando distintos voltajes a las ramas de antena izquierda y derecha, Se crea una unión pn en el canal de grafeno con coeficientes de Seebeck desiguales a la izquierda y a la derecha de la unión. La luz incidente es enfocada por la antena sobre el espacio, que es donde se genera la fotorrespuesta. (Derecha) Medición de un foco THz, obtenido escaneando el detector de THz en el plano del foco. La observación de varios anillos del patrón Airy indica la alta sensibilidad del detector. Crédito:ICFO
En un estudio reciente, Los investigadores desarrollaron un nuevo fotodetector habilitado con grafeno que funciona a temperatura ambiente. es muy sensible, rápido, tiene un amplio rango dinámico, y cubre una amplia gama de frecuencias THz. Los investigadores han logrado una comprensión sólida de cómo el efecto PTE da lugar a una fotorrespuesta inducida por THz. lo cual es valioso para una mayor optimización del detector.
La detección de luz de terahercios (THz) es extremadamente útil por dos razones principales:Primero, La tecnología THz se está convirtiendo en un elemento clave en aplicaciones relacionadas con la seguridad (como los escáneres de aeropuertos), comunicación de datos inalámbrica y control de calidad, por mencionar solo algunos. Sin embargo, los detectores de THz actuales tienen limitaciones, incluido el cumplimiento simultáneo de los requisitos de sensibilidad, velocidad, rango espectral, y operando a temperatura ambiente. Segundo, La luz de terahercios es un tipo de radiación muy seguro debido a sus fotones de baja energía, con una energía más de 100 veces menor que la de los fotones en el rango de la luz visible.
Los materiales a base de grafeno son útiles para detectar la luz. El grafeno no tiene banda prohibida, en comparación con los materiales estándar utilizados para la fotodetección, como el silicio. La banda prohibida en el silicio evita la absorción, y así detección, de luz incidente con longitudes de onda superiores a una micra. A diferencia de, para el grafeno, incluso la luz de terahercios con una longitud de onda de cientos de micrones puede ser absorbida y detectada. Los detectores de Hz basados en grafeno han mostrado resultados prometedores, pero ninguno es tan eficaz como los detectores disponibles comercialmente en términos de velocidad y sensibilidad.
En un estudio reciente, Los investigadores del ICFO Sebastián Castilla y el Dr. Bernat Terres, dirigido por el profesor ICREA en ICFO Frank Koppens y el ex científico del ICFO Dr. Klaas-Jan Tielrooij, y una colaboración internacional de investigadores, han podido superar estos desafíos. Han desarrollado un nuevo fotodetector habilitado con grafeno que funciona a temperatura ambiente, y es muy sensible, rápido, tiene un amplio rango dinámico, y cubre una amplia gama de frecuencias THz.
En su experimento, los científicos optimizaron el mecanismo de fotorrespuesta de un fotodetector de THz. Integraron una antena dipolo en el detector para concentrar la luz THz incidente alrededor de la región del espacio de la antena. Al fabricar un espacio de antena de 100 nanómetros, pudieron obtener una concentración de gran intensidad de luz incidente de THz en la región fotoactiva del canal de grafeno. Observaron que la luz absorbida por el grafeno crea portadores calientes en una unión pn en el grafeno; después, los coeficientes de Seebeck desiguales en las regiones p y n producen un voltaje local y una corriente a través del dispositivo que genera una fotorrespuesta muy grande, lo que conduce a una alta sensibilidad, Detector de respuesta de alta velocidad con un amplio rango dinámico y una amplia cobertura espectral.
Los resultados de este estudio podrían contribuir al desarrollo de un sistema de cámara totalmente digital de bajo costo tan barato como la cámara dentro del teléfono inteligente. ya que dicho detector tiene un consumo de energía muy bajo y es totalmente compatible con la tecnología CMOS.
