Фотоэлемент на основе графена

25.09.2013

Сразу три группы физиков: из Австрии, Гонконга и из США представили прототипы фотодетекторов на основе графена. Эти устройства преобразуют инфракрасные оптические сигналы в электрические импульсы, причем эффективность графеновых фотодетекторов выше, чем у аналогичных устройств традиционного типа.

Все три разработки несколько различаются между собой, однако все они используют ключевую особенность графена - способность преобразовывать в электрические импульсы световые кванты с разной энергией. Традиционные фотодетекторы работают за счет того, что квант света передает носителю заряда энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера, зазора между энергетическими уровнями в полупроводнике, но графен не является "полноценным" полупроводником и у него нет так называемой запрещенной зоны.

Из-за отсутствия запрещенной зоны графеновые детекторы оказались способны регистрировать (в случае с разработкой группы из Китайского университета в Гонконге) кванты света в среднем инфракрасном диапазоне, с длиной волны от 1,55 до 2,75 микрометров. Авторы утверждают, что их детектор способен функционировать при комнатной температуре, хотя германиевые аналоги с чувствительностью в том же диапазоне требует охлаждения жидким азотом. Как поясняется в Nature News, работа при комнатной температуре может упростить выявление химических веществ в атмосфере и сделать более доступными биохимические исследования в диагностических целях.

Участник американской группы, Дирк Энглунд, физик из Массачусетского технологического института, подчеркнул также то, что скорость передачи данных через фотодетекторы на основе графена составила 12 гигабит в секунду, то есть оказалась сопоставима с обычными полупроводниковыми устройствами. По его прогнозам, стремительный переход на графен произойдет тогда, когда ученые и технологи научатся синтезировать этот двумерный материал в промышленных количествах со стабильно высоким качеством: на сегодня это главное препятствие на пути к графеновой электронике.

Отсутствие запрещенной зоны, как поясняет один из создавших новые детекторы ученых, Томас Мюллер из Технологического института в Вене, сделала его идеальным материалом для устройства, которое преобразует инфракрасные импульсы в электрические.

Мюллер пояснил (и эти пояснения верны для всех трех описанных в Nature Photonics устройств), что графен обещает быть дешевле традиционного германия, а операции с графеном уже достаточно отработаны на технологическом уровне. Ключевой проблемой, которая не позволила раньше создать графеновые фотодетекторы, являлась прозрачность материала: пропускающий свет и инфракрасное излучение графен плохо подходил для прибора, действие которого по определению связано с поглощением излучения. Первые образцы детекторов, полученные в 2009 году и описанные тогда в Nature Nanotechnology имели из-за своей прозрачности очень низкую эффективность и говорить о практическом применении таких устройств было нельзя. Проблему удалось решить только сейчас: выдаваемый детекторами при освещении ток еще не достиг типичного для германиевых приборов значения, но уже более чем в 50 раз превзошел результаты 2009 года. По мнению всех разработчиков, разрыв скоро будет ликвидирован; кроме того, новые детекторы уже превзошли германиевые по другим параметрам.

Из-за большей по сравнению с кремнием и многими полупроводниками подвижности носителей заряда графен считается перспективным материалом для электронных приборов. К числу его недостатков относят отсутствие в немодифицированном графене запрещенной зоны, а также технологическую сложность получения больших однородных листов.

<< Назад: Робот-орёл 25.09.2013

>> Вперед: Планшеты Microsoft Surface 2 и Microsoft Surface Pro 2 24.09.2013

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Рыжий ген и ускоренная эволюция 30.04.2026

Вопрос о том, как и насколько быстро меняется человеческий вид, давно занимает биологов и генетиков. Долгое время считалось, что эволюционные процессы происходят крайне медленно, однако новые данные заставляют пересматривать эти представления. Особенно интересные результаты связаны с изменением частоты редких генетических признаков, включая рыжий цвет волос. Рыжеволосость сегодня остается редкой чертой: ее носители составляют менее 2 процентов мирового населения. Однако анализ древней и современной ДНК показывает, что ген, связанный с этим признаком, за последние примерно 10 тысяч лет стал заметно более распространенным, особенно среди популяций Европы. Более того, вместе с ним исследователи фиксируют и другие изменения в генетическом профиле человека, затрагивающие внешность и физиологические особенности. Среди сопутствующих тенденций, выявленных в генетических данных, отмечается увеличение частоты светлой кожи, снижение вероятности мужского облысения, а также некоторые физиолог ...>>

Нейтринный лазер 30.04.2026

Нейтринный лазер - это гипотетическое устройство, способное управлять потоками одних из самых трудноуловимых частиц во Вселенной. Такая разработка открывает новые горизонты в изучении фундаментальных законов природы и может изменить представления о космосе. Идею нового типа излучателя представили физики из Massachusetts Institute of Technology, предложив лазер, который вместо света генерирует поток нейтрино. Эти частицы, почти не взаимодействующие с материей, настолько слабо проявляют себя, что их часто называют "частицами-призраками". Тем не менее они пронизывают все вокруг: по оценкам, триллионы нейтрино ежесекундно проходят через человеческое тело, не оставляя следа. Несмотря на их колоссальную распространенность во Вселенной, нейтрино остаются одними из наименее изученных частиц. Их крайне сложно регистрировать, а еще сложнее контролировать, поэтому традиционно их получают в крупных установках вроде ядерных реакторов или ускорителей частиц. Такие комплексы требуют огромных за ...>>

Мороженое не такое вредное, как принято считать 29.04.2026

В питании часто встречаются продукты, которые одновременно вызывают удовольствие и сомнения с точки зрения здоровья. К таким относится и мороженое: оно воспринимается как типичный десерт с высоким содержанием сахара и жиров, однако современные научные данные постепенно усложняют это привычное представление. Долгое время считалось, что мороженое не может быть частью рационального питания, однако исследования последних лет показывают более неоднозначную картину. Ученые подчеркивают, что влияние этого продукта на организм зависит не только от его сладости или калорийности, но и от состава, качества ингредиентов и общего образа жизни человека. Одни из наиболее масштабных данных были получены в рамках долгосрочных наблюдений в США, включавших проекты Nurses Health Study, Nurses Health Study II и Health Professionals Follow-Up Study. В этих исследованиях на протяжении 20-40 лет наблюдали примерно 190 тысяч взрослых участников, регулярно собирая данные об их питании, физической активнос ...>>

Полет в самолете без пауз в бизнесе 29.04.2026

Авиаперелеты перестают быть просто временем в пути и превращаются в продолжение рабочего дня. Особенно это касается деловых пассажиров, которым важно сохранять продуктивность даже на высоте десяти километров. В ответ на этот запрос авиационная индустрия начинает предлагать решения, которые стирают границу между офисом и салоном самолета. Компания Boeing представила концепцию, которая радикально меняет представление о комфорте в полете. Речь идет о персональных рабочих капсулах, полностью изолированных от шума салона и спроектированных с учетом эргономики длительной работы. Идея этих модулей заключается в создании индивидуального пространства, где пассажир может сосредоточиться на задачах без отвлекающих факторов. Концепт предусматривает два формата использования: работу в сидячем положении и альтернативную конфигурацию, позволяющую работать стоя, что делает пространство более гибким и адаптируемым под разные сценарии. Особое внимание в проекте уделяется акустическому комфорту ...>>

Неконтролируемый смех и эффект откока 28.04.2026

Смех обычно воспринимается как простая и приятная реакция на шутку или забавную ситуацию, однако с точки зрения нейробиологии он представляет собой сложный процесс, в котором участвуют эмоции, социальное восприятие и системы вознаграждения мозга. Именно поэтому в некоторых ситуациях человеку бывает трудно удержаться от смеха, даже если он кажется неуместным. К такому выводу пришли исследователи из University of Gottingen, которые изучали механизмы возникновения и подавления смеха. В их работе было показано, что смех далеко не всегда является полностью сознательным действием и нередко запускается автоматическими процессами в нервной системе. Ученые выделяют два основных типа смеха, различающихся по своему происхождению. Первый - непроизвольный, "беспомощный" смех, возникающий спонтанно и практически не поддающийся контролю. Второй - социальный или вежливый смех, который человек использует осознанно для поддержания общения или выражения реакции в обществе. Нейробиологически эти ...>>

Случайная новость из Архива Новая итерация сверхточных атомных часов 01.12.2018 Атомные часы не представляют собой ничего нового - данный концепт работает уже достаточно долго и характеризуется действительно высоким уровнем точности, благодаря чему они завоевали себе действительно высокую популярность среди пользователей. Однако специалисты из Национального Института Стандартов и Технологий сегодня выпустили отчет относительно своих новых экспериментальных атомных часов с улучшенной точностью и чувствительностью, благодаря чему они могут засекать сигналы радиации, гравитации Земли и даже темной материи - свойство, которое может сыграть определяющую роль в дальнейшем течении развития данных технологий. Каждый из созданных ими экспериментальных атомных часов представляет собой модуль с тысячами атомов иттербия, составленные в матричные сетки таким образом, чтобы отсчитывать время, переключаясь между двумя энергетическими уровнями. Сравнивая между собой два и более таких экспериментальных модуля, специалисты могут улучшить систематическую стабильность и репродуктивность частоты отсчета. Благодаря ему наилучший результат позволяет атомам высвобождать более четкую и точечную вибрацию, тем самым делая частоту пульсацию еще более точной. Кроме того, специалисты установили, что изменения частоты их экспериментальных атомных часов происходит с показателем в 0, 00000000000000000032 в течение дня, что указывает на несомненно более точный их характер. Применительно к изучению космоса и особенностей нашей собственной планеты, экспериментальные атомные часы могут стать действительно полезным и функциональным помощником, который позволит более эффективно заниматься космическими расчетами.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026