Графен уловит инфракрасное излучение с помощью черного фосфора и мышьяка
Ученые из МФТИ совместно со специалистами из Японии и США рассчитали параметры фотоприемников из слоев графена и смеси черных мышьяка и фосфора. Такие сенсоры могут улавливать излучение с энергией меньше запрещенной зоны этих слоев причем без графена. Их легче модифицировать для увеличения чувствительности к нужной длине волны света. Подобные сенсоры спокойно смогут заменить приемники терагерцового и дальнего инфракрасного. Результаты опубликованы в журнале Optics Express.
Дальний инфракрасный диапазон важен как в бытовых применениях, так и в науке. Такие волны излучает космическая пыль, знания о которой важны для изучения эволюции галактик. Сенсоры инфракрасного света используются в приборах ночного видения, пультах дистанционного управления, ракетных системах самонаведения и в датчиках сердцебиения. Терагерцовое излучение используется в системах безопасности для сканирования багажа. Оно при этом безопаснее рентгеновского излучения. Эти сенсоры терагерцового и инфракрасного излучения найдут применение во многих областях техники.
Авторы этого исследования рассмотрели межполосные фотоприемники дальнего инфракрасного излучения на основе одного графенового монослоя. Графен был окружен слоями из смеси черного мышьяка и черного фосфора в различных пропорциях. Меняя соотношение этих веществ, можно сдвигать рабочий диапазон частот фотоприемника. Черные фосфор и мышьяк обладают разными диапазонами энергий, недоступных для электронов. Переход электрона (или дырки) из одной разрешенной зоны графена в другую с последующим выходом в зону проводимости черного фосфора или мышьяка регистрируется в подобном фотоприемнике. Однако из-за температурных эффектов в сенсорах терагерцового и инфракрасного диапазона регистрируется сигнал даже «в темноте», то есть без воздействия электромагнитных волн. Оказалось, что в рассмотренных слоистых структурах такой темновой ток гораздо меньше, чем в используемых сегодня.
Иллюстрация. Дизайнер — Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ