近日,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员采用石墨烯设计出一种新型光电探测器,这种光电探测器适用的光线的频谱范围更广,超过现有最先进的同类产品,而且处理图像的速度更快,能比现有技术更灵敏地感知低强度光线,感知和成像能力更佳。
背景
光电探测器,属于光线传感器的一种,它常用于摄像头和其他成像设备中。它们可以感知称为“光子”的基本粒子的图案,并通过这些图案创造出图像。不同的光电探测器用于感知光谱的不同部分。例如,夜视眼镜中使用的光电探测器就是用于感知肉眼不可见的热辐射。还有一些光电探测器应用于摄像头,这些摄像头通过环境中化学物质反射光线的方式来辨别它们。
光电探测器的多功能程度主要取决于三个因素:运行速度、感知低强度光线的能力、感知的频谱范围。通常来说,如果工程师们改善了这三个因素中的某一个,那么另外两个因素中就会至少有一个变得恶化。
那么,我们不禁要问:有没有一种方法可以让这三个因素都得以改善呢?
创新
近日,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员采用石墨烯(一种目前最热门、最多功能的新材料)设计出一种新型光电探测器,让以上的三个因素都得到了改善。
这种光电探测器适用的光线频谱范围更广,超过现有最先进的同类产品,而且处理图像的速度更快,比现有技术更灵敏地感知低强度光线,感知和成像能力更佳。
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(图片来源:Jarrahi 研究组 / UCLA)
这项研究得到了美国能源部的支持。研究成果发表于学术期刊《Light: Science and Applications》。
技术
这种新型光电探测器利用了石墨烯的独特性质,石墨烯是有单层碳原子组成的超薄材料。对于探测光子来说,石墨烯是一种卓越的材料,因为它可以吸收来自较宽的电磁频谱的能量,从紫外线到可见光再到红外线和微波。石墨烯也是具有非常好的导电性,能让电子畅通无阻地流过。
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(图片来源:维基百科)
为了制成光电探测器,研究人员将石墨烯条带放置在二氧化硅层上,而二氧化硅层本身覆盖在硅基底上。然后,他们创造出一系列的由黄金制成的梳状纳米图案,具有100纳米宽的“梳齿”。
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(图片来源:Jarrahi 研究组 / UCLA)
石墨烯如同一张网,用于捕捉入射的光子,然后将它们转化为电信号。这种黄金的梳状纳米图案快速地将信息转递至处理器,然后处理器会相应地产生出高质量的图像,即便是在低光条件下。