Графеновый инфракрасный датчик позволит создать миниатюрные системы теплового видения, встраиваемые в контактные линзы

Графен


Современные светочувствительные датчики, работающие в средне- и длинноволновой части спектра инфракрасного света, принципиально не могут быть миниатюризированы из-за того, что для их работы требуются дополнительные системы охлаждения. Но развитие технологий не стоит на месте и использование новых материалов в некоторых случаях позволяет реализовать такие вещи, которые ранее попросту считались невозможными. Именно таким случаем стала разработка исследователями из Мичиганского университета нового датчика на основе графена, чувствительность которого охватывает весь диапазон инфракрасного света и который можно миниатюризировать до такой степени, что устройство теплового видения поместится внутри контактной линзы.

"Мы можем сделать конструкцию нашего графенового инфракрасного датчика чрезвычайно тонкой" - рассказывает Жаохуи Жонг, доцент из Мичиганского университета, - "Такой датчик может быть легко интегрирован в конструкцию мобильного телефона, а при большом желании его можно будет встроить прямо в контактные линзы".

Основой нового инфракрасного датчика стал графен, особая форма углерода, имеющая кристаллическую решетку, толщиной всего в один атом. В силу своих уникальных электрических и оптических характеристик графен может служить в роли фотодатчика, ощущающего не только весь диапазон видимого света, он чувствителен к ультрафиолетовому и инфракрасному свету во всем их диапазоне. К сожалению, на некоторых участках спектра у графена наблюдаются провалы, особенно в диапазоне длинноволнового инфракрасного света, в котором графен способен поглотить всего 2.3 процента от падающего на него света, чего недостаточно для получения устойчивого электрического сигнала.

"Проблемой всех существующих фотодатчиков на основе графена является их низкая чувствительность, связанная с одноатомной толщиной кристаллической решетки графена" - рассказывает Жаохуи Жонг, - "Чувствительность этих датчиков в 100-1000 раз ниже, чем требуется для их практического использования".

Для преодоления вышеупомянутой проблемы ученые разработали принципиально новый способ получения и усиления электрического сигнала. Вместо непосредственного измерения параметров потока свободных электронов, высвобожденных столкновениями фотонов с атомами углерода, ученые усилили электрический сигнал, регистрируя изменения текущего через второй слой графена электрического тока от внешнего источника.

Для того, чтобы добиться эффекта усиления сигнала ученые разместили тонкий слой изоляционного материала между двумя листами графена. Через нижний лист графена пропускался стабильный электрический ток от внешнего источника. Когда фотоны света сталкиваются с атомами углерода верхнего графенового слоя, это приводит к высвобождению электрона, на месте которого остается пустое место, электронная дырка в кристаллической решетке, которая является носителем положительного электрического заряда. Благодаря маленькой толщине изоляционного материала свободные электроны за счет эффекта квантового туннелирования перескакивали на нижний графеновый слой, а положительное электрическое поле верхнего слоя сдвигает значение запрещенной зоны нижнего слоя и оказывает существенное влияние на текущий через этот слой электрический ток, что позволяет судить о силе падающего на датчик света.

В результате всего этого ученым удалось создать датчик, имеющий достаточно высокую чувствительность во всем диапазоне инфракрасного света, размер которого не превышает размера ногтя мизинца руки. Более того, новый датчик не требует дополнительного охлаждения и прекрасно работает при комнатной температуре. Такое устройство наверняка найдет массу применений в военной области, в научных технологиях и даже в электронике потребительского класса.




Ключевые слова:
Графен, Углерод, Электрон, Фотон, Инфракрасный, Свет, Чувствительность, Усиление, Сигнал, Охлаждение

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Создан графеновый инфракрасный "глаз", позволяющий обойтись без усилителе ...
  • Созданы графеновые магнитные датчики, чувствительность которых в сотни раз ...
  • Использование новых графеновых сенсоров сделает фото- и видеокамеры в 1000 ...
  • На основе графена создано новое устройство способное эффективно модулироват ...
  • Новые инфракрасные датчики на квантовых точках могут повысить чувствительно ...




  • Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.