Fotocélula a base de grafeno 25.09.2013

Tres grupos de físicos a la vez: de Austria, Hong Kong y EE. UU. presentaron prototipos de fotodetectores basados ​​en grafeno. Estos dispositivos convierten las señales ópticas infrarrojas en impulsos eléctricos, y la eficiencia de los fotodetectores de grafeno es superior a la de dispositivos similares de tipo tradicional.

Los tres desarrollos son algo diferentes entre sí, pero todos utilizan la característica clave del grafeno: la capacidad de convertir cuantos de luz con diferentes energías en impulsos eléctricos. Los fotodetectores tradicionales funcionan debido al hecho de que un cuanto de luz transfiere energía a un portador de carga suficiente para superar una barrera potencial, una brecha entre los niveles de energía en un semiconductor, pero el grafeno no es un semiconductor "completo" y no tiene un so- llamado banda prohibida.

Debido a la ausencia de banda prohibida, los detectores de grafeno fueron capaces de registrar (en el caso del desarrollo de un grupo de la Universidad China de Hong Kong) cuantos de luz en el rango del infrarrojo medio, con una longitud de onda de 1,55 a 2,75 micrómetros. . Los autores afirman que su detector es capaz de operar a temperatura ambiente, aunque los análogos de germanio con sensibilidad en el mismo rango requieren enfriamiento con nitrógeno líquido. Como explica Nature News, operar a temperatura ambiente podría facilitar la identificación de sustancias químicas en la atmósfera y hacer que los estudios bioquímicos sean más accesibles para fines de diagnóstico.

Un miembro del grupo estadounidense, Dirk Englund, físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts, también enfatizó que la tasa de transferencia de datos a través de fotodetectores basados ​​en grafeno fue de 12 gigabits por segundo, es decir, resultó ser comparable a los dispositivos semiconductores convencionales. . Según sus previsiones, la rápida transición al grafeno ocurrirá cuando los científicos y tecnólogos aprendan a sintetizar este material bidimensional en cantidades industriales con una alta calidad constante: hoy este es el principal obstáculo para la electrónica del grafeno.

La ausencia de una banda prohibida, explica uno de los científicos que crearon los nuevos detectores, Thomas Müller del Instituto de Tecnología de Viena, lo convirtió en un material ideal para un dispositivo que convierte los pulsos infrarrojos en eléctricos.

Muller explicó (y estas explicaciones son ciertas para los tres dispositivos descritos en Nature Photonics) que el grafeno promete ser más barato que el germanio tradicional, y las operaciones con grafeno ya están suficientemente desarrolladas a nivel tecnológico. El problema clave que impidió la creación de fotodetectores de grafeno anteriormente fue la transparencia del material: el grafeno, que transmite luz y radiación infrarroja, no era adecuado para un dispositivo cuya acción, por definición, está asociada con la absorción de radiación. Las primeras muestras de detectores obtenidas en 2009 y luego descritas en Nature Nanotechnology tenían una eficiencia muy baja debido a su transparencia, y era imposible hablar sobre la aplicación práctica de tales dispositivos. El problema solo ahora se ha resuelto: la corriente emitida por los detectores durante la iluminación aún no ha alcanzado el valor típico de los dispositivos de germanio, pero ya ha superado los resultados de 50 en más de 2009 veces. Según todos los desarrolladores, la brecha pronto se cerrará; además, los nuevos detectores ya han superado al germanio en otros parámetros.

Debido a la mayor movilidad de los portadores de carga en comparación con el silicio y muchos semiconductores, el grafeno se considera un material prometedor para dispositivos electrónicos. Sus desventajas incluyen la ausencia de una banda prohibida en el grafeno no modificado, así como la complejidad tecnológica de obtener grandes láminas homogéneas.