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超快石墨烯光電探測器可實現寬波段、高靈敏度成像

作者:管理員

[據加州大學洛杉矶分校官網2018年6月28日報道]

加州大學洛杉矶分校薩缪工程學院利用石墨烯開發出一種新型光電探測器。與現有最先進的光電探測器相比,該器件光譜探測範圍更寬、靈敏度更高、成像能力更強。研究成果發表在《光:科學和應用》雜志。

光電探測器是光學傳感器的一種,用于相機或其他成像設備中,可感知光子模式,並從這些模式中創建圖像。不同的光電探測器感應光譜的不同部分。例如,用于夜視護目鏡的光電探測器可感應肉眼不可見的熱輻射。照相機中的光電探測器通過反射光識別環境中的化學物質。

光電探測器性能高低主要取決于運行速度、對較弱光線的靈敏度,以及可以感知的頻譜範圍。通常情況下,當改進某一功能時,另外兩個功能中至少有一個會降低。由加州大學洛杉矶分校團隊設計的光電探測器,同時改進了這三個功能。新的光電探測器工作波段更寬,處理圖像速度更快,對較弱光線靈敏度更高。

負責該研究的電氣和計算機工程教授莫娜·賈拉希說:“我們的光電探測器可以擴展光電探測器在成像和傳感系統中的範圍和潛在用途,可以顯著提高夜間熱成像能力,或醫療診斷能力,溫度的細微差異可以爲醫生提供大量患者信息。它還可以用于環境傳感技術,更准確地識別汙染物濃度。

新的光電探測器利用了石墨烯獨特性質。石墨烯是由碳原子構成的超薄單層材料。石墨烯是探測光子的優異材料之一,因爲它可以從廣泛的電磁波譜中吸收能量——從紫外光到可見光到紅外和微波波段。石墨烯也是一種非常好的電導體——電子可以暢通無阻地流過它。

研究人員將石墨烯條置于二氧化矽層上,二氧化矽層本身覆蓋了矽基底。然後,他們創造了一系列梳狀納米圖案,梳狀納米圖案由金制成,齒寬100納米。

石墨烯作爲一個網絡來捕捉入射光子,然後將它們轉換成電信號。金色梳狀納米圖案可以快速將這些信息傳輸到處理器中,即使在光線不足的情況下,該處理器也可以産生相應的高質量圖像。

“我們專門設計了石墨烯納米條紋及其金屬貼片的尺寸,使得入射的可見光和紅外光緊緊地限制在它們內部,”加州大學洛杉矶分校博士後研究員Semih

Cakmakyapan说,该研究的主要作者。“这种设计能够有效地产生一个电信号,该信号遵循从可见光到红外光的整个光谱范围内光强度的超快和微妙变化。”(工业和信息化部电子第一研究所 许文琪)

                                                                                                       (来源- 搜狐网中国国防科技信息中心)