El grafeno da un tremendo impulso a las futuras cámaras de terahertz

En primer lugar, la tecnología THz se está convirtiendo en un elemento clave en las aplicaciones relacionadas con la seguridad (como los escáneres de aeropuertos), la comunicación inalámbrica de datos y el control de calidad, por mencionar solo algunos.

Sin embargo, los detectores de THz actuales han mostrado fuertes limitaciones en términos de cumplir simultáneamente los requisitos de sensibilidad, velocidad, rango espectral, poder operar a temperatura ambiente, etc.

En segundo lugar, es un tipo de radiación muy seguro debido a sus fotones de baja energía, con más de cien veces menos energía que la de los fotones en el rango de luz visible.

Se espera que muchas aplicaciones basadas en grafeno surjan de su uso como material para detectar luz.

El grafeno tiene la particularidad de no tener un intervalo de banda, en comparación con los materiales estándar utilizados para la fotodetección, como el silicio.

El intervalo de banda en el silicio hace que la luz incidente con longitudes de onda superiores a una micra no se absorba y, por lo tanto, no se detecte.

En contraste, para el grafeno, incluso la luz de terahertz con una longitud de onda de cientos de micrones puede ser absorbida y detectada.

Mientras que los detectores de THz basados ​​en grafeno han mostrado resultados prometedores hasta ahora, ninguno de los detectores hasta el momento podría superar a los detectores disponibles comercialmente en términos de velocidad y sensibilidad.

En un estudio reciente, los investigadores de ICFO Sebastián Castilla y el Dr. Bernat Terrés, dirigidos por ICREA Prof. en ICFO Frank Koppens y el ex científico de ICFO Dr. Klaas-Jan Tielrooij (ahora líder del Grupo Junior en ICN2), en colaboración con los científicos de CIC NanoGUNE, NEST (CNR), la Universidad de Nanjing, el Centro Internacional de Física Donostia, la Universidad de Ioannina y el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales, han podido superar estos desafíos.

Han desarrollado un novedoso fotodetector habilitado con grafeno que funciona a temperatura ambiente, y es altamente sensible, muy rápido, tiene un amplio rango dinámico y cubre un amplio rango de frecuencias de THz.

En su experimento, los científicos pudieron optimizar el mecanismo de fotorrespuesta de un fotodetector THz utilizando el siguiente enfoque.

Integraron una antena dipolo en el detector para concentrar la luz incidente THz alrededor de la región de la brecha de la antena.

Al fabricar una brecha de antena muy pequeña (100 nm, aproximadamente mil veces más pequeña que el grosor de un cabello), pudieron obtener una gran concentración de intensidad de luz incidente THz en la región fotoactiva del canal de grafeno.

Observaron que la luz absorbida por el grafeno crea portadores calientes en una unión pn en el grafeno; posteriormente, los coeficientes de Seebeck desiguales en las regiones p y n producen una tensión local y una corriente a través del dispositivo que genera una fotorrespuesta muy grande y, por lo tanto, conduce a un detector de respuesta de alta velocidad y sensibilidad muy alta, con un amplio rango dinámico y una amplia cobertura espectral.

Los resultados de este estudio abren un camino hacia el desarrollo de un sistema de cámara totalmente digital de bajo costo.

Esto podría ser tan barato como la cámara dentro del teléfono inteligente, ya que un detector de este tipo ha demostrado tener un consumo de energía muy bajo y es totalmente compatible con la tecnología CMOS.

Fuente: Noticias de la Ciencia