超快石墨烯光電探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)寬波段、高靈敏度成像

超快石墨烯光電探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)寬波段、高靈敏度成像

[據(jù)加州大學(xué)洛杉磯分校官網(wǎng)2018年6月28日?qǐng)?bào)道]

加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆工程學(xué)院利用石墨烯開發(fā)出一種新型光電探測(cè)器。與現(xiàn)有最先進(jìn)的光電探測(cè)器相比，該器件光譜探測(cè)范圍更寬、靈敏度更高、成像能力更強(qiáng)。研究成果發(fā)表在《光：科學(xué)和應(yīng)用》雜志。

光電探測(cè)器是光學(xué)傳感器的一種，用于相機(jī)或其他成像設(shè)備中，可感知光子模式，并從這些模式中創(chuàng)建圖像。不同的光電探測(cè)器感應(yīng)光譜的不同部分。例如，用于夜視護(hù)目鏡的光電探測(cè)器可感應(yīng)肉眼不可見的熱輻射。照相機(jī)中的光電探測(cè)器通過反射光識(shí)別環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)。

光電探測(cè)器性能高低主要取決于運(yùn)行速度、對(duì)較弱光線的靈敏度，以及可以感知的頻譜范圍。通常情況下，當(dāng)改進(jìn)某一功能時(shí)，另外兩個(gè)功能中至少有一個(gè)會(huì)降低。由加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的光電探測(cè)器，同時(shí)改進(jìn)了這三個(gè)功能。新的光電探測(cè)器工作波段更寬，處理圖像速度更快，對(duì)較弱光線靈敏度更高。

負(fù)責(zé)該研究的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授莫娜·賈拉希說：“我們的光電探測(cè)器可以擴(kuò)展光電探測(cè)器在成像和傳感系統(tǒng)中的范圍和潛在用途，可以顯著提高夜間熱成像能力，或醫(yī)療診斷能力，溫度的細(xì)微差異可以為醫(yī)生提供大量患者信息。它還可以用于環(huán)境傳感技術(shù)，更準(zhǔn)確地識(shí)別污染物濃度。

新的光電探測(cè)器利用了石墨烯獨(dú)特性質(zhì)。石墨烯是由碳原子構(gòu)成的超薄單層材料。石墨烯是探測(cè)光子的優(yōu)異材料之一，因?yàn)樗梢詮膹V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(dǎo)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硅層上，二氧化硅層本身覆蓋了硅基底。然后，他們創(chuàng)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。

石墨烯作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來捕捉入射光子，然后將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。金色梳狀納米圖案可以快速將這些信息傳輸?shù)教幚砥髦?，即使在光線不足的情況下，該處理器也可以產(chǎn)生相應(yīng)的高質(zhì)量圖像。

“我們專門設(shè)計(jì)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(nèi)部，”加州大學(xué)洛杉磯分校博士后研究員Semih

Cakmakyapan說，該研究的主要作者?！斑@種設(shè)計(jì)能夠有效地產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，該信號(hào)遵循從可見光到紅外光的整個(gè)光譜范圍內(nèi)光強(qiáng)度的超快和微妙變化。”（工業(yè)和信息化部電子第一研究所 許文琪）

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