Los científicos del MIPT y sus colegas de Japón y Estados Unidos han calculado los parámetros de los fotodetectores compuestos por capas de grafeno y una combinación de fósforo negro y arsénico negro. Estos sensores son capaces de detectar radiación con una energía menor que la banda prohibida de las capas constituyentes sin grafeno. También es fácil modificarlos para aumentar su sensibilidad a la longitud de onda de luz requerida. Dichos sensores podrían reemplazar a los detectores de radiación de infrarrojo lejano y terahercios. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista Óptica Express .

Los nuevos sensores beneficiarán a muchas áreas de la ciencia y la tecnología. La banda del infrarrojo lejano es importante tanto para aplicaciones domésticas como para ciencia fundamental. Estas ondas son emitidas por polvo cósmico, cuyo estudio revela la evolución de las galaxias. Los sensores de luz infrarroja se utilizan en equipos de visión nocturna, controles remotos, misiles autoguiados, y sensores de latido del corazón. La radiación de terahercios ofrece una alternativa menos peligrosa a los escáneres de equipaje de rayos X.

Los investigadores aquí consideraron fotodetectores de interbanda de infrarrojo lejano basados ​​en una monocapa de grafeno. El grafeno estaba rodeado por capas de fósforo negro y arsénico negro en proporciones variables. Al cambiar la proporción de estas sustancias, es posible cambiar el rango de trabajo del fotodetector. Las energías inaccesibles para los electrones en el fósforo negro y el arsénico son diferentes. El detector opera registrando un electrón o un agujero que ingresa a la banda de conducción de fósforo negro o arsénico después de una transición entre dos bandas de energía del grafeno. Sin embargo, Los efectos de la temperatura hacen que los sensores de infrarrojos y terahercios detecten la señal incluso "en la oscuridad, “en ausencia de radiación. Las estructuras en capas examinadas en el estudio resultaron experimentar una corriente oscura mucho más baja que en las que se utilizan hoy en día.

"Calculamos los parámetros de los elementos sensibles a la luz para la detección de infrarrojo lejano basados ​​en una monocapa de grafeno. Dichos dispositivos pueden reemplazar casi cualquier sensor de radiación de infrarrojo lejano y terahercios que se utilizan en la actualidad. La disminución de la corriente oscura y la alta fotosensibilidad mejoran significativamente la señal relación-ruido incluso para radiación de baja intensidad. Aplicando un voltaje cuidadosamente calibrado, el rango de trabajo de los detectores se puede cambiar sin afectar la calidad de recepción de la señal. Dichos sensores podrían mejorar el rendimiento de los telescopios infrarrojos. Según cálculos, a altas temperaturas, los detectores producirán una señal mucho más limpia que los detectores que se utilizan ahora, "añade Victor Ryzhii, el jefe del Laboratorio de Materiales y Nanodispositivos 2-D.