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光电转化可在50飞秒内完成

2019/07/23 来源:仙桃信息港

导读

据美国《每日科学》网站14日报道,西班牙和美国科学家合作研制出一种基于石墨烯的光电探测器转化仪,其能在不到50飞秒(1秒的一千万亿分之一)的

据美国《每日科学》网站14日报道,西班牙和美国科学家合作研制出一种基于石墨烯的光电探测器转化仪,其能在不到50飞秒(1秒的一千万亿分之一)的时间内将光转化为电信号,几乎接近光电转化速度的极限,将大力助推多个领域的发展。

高效的光电转化技术,因为能让光所携带的信息转化成可在电子电路中进行处理的电信号,在从照相机到太阳能电池等多个关键技术领域发挥着重要作用,也是数据通讯应用的重要支撑。尽管石墨烯是一种拥有极高光电转化效率的材料,但此前科学家们并不知道其对超短光脉冲的反应究竟有多快。

现在,由西班牙光子科学研究所的研究员弗朗克·科朋斯教授、加泰罗尼亚高等研究院的尼尔克·范·赫斯特、美国麻省理工学院的帕博罗·加里洛-赫耶罗,以及加州大学河滨分校物理系教授刘津宁(音译)领导的研究团队研制出了这种基于石墨烯的光电探测器转化仪,其能在不到50飞秒的时间内将光转化为电,将光电转化速度推到了极限。研究已发表在近期出版的《自然·纳米技术》杂志上。

为了做到这一点,研究人员使用了超快的脉冲激光激发以及超高灵敏度的电子读出方法。研究人员克拉斯-扬·泰尔说:“这一实验的独特之处在于,将从单分子超快光子学所获得的超快脉冲成型技术与石墨烯电子技术完美结合在一起,再加上石墨烯的非线性光—热电反应,使科学家们能在如此短的时间内将光转化为电信号。”

研究人员称,由于石墨烯内所有导带载流子之间存在着超快且超高效的关联,在石墨烯内快速制造出光电压是可能的。这种相互关联使他们可以采用一种不断升高的电子温度,快速制造出一种电子分布。如此一来,从光吸收的能量能被有效且快速地转变成电子的热量。随后,在拥有两种不同掺杂的两个石墨烯区域的交界处,电子的热量被转变成电压。实验结果表明,这种光热电效应几乎同时出现,被吸收的光可以快速转变成电信号。

研究人员表示,研究打开了一条通往超快光电转化的新通路。科朋斯强调说:“石墨烯光电探测器拥有令人惊奇的性能,可以应用于很多领域。”

总编辑圈点

探测器就如同眼睛,光电转化器件就像眼中的感光细胞,细胞的灵敏程度决定了眼睛看到的世界的模样,也决定了大脑对世界的理解程度。对光电探测器尤其是需要精密测量的实验室仪器来说,甚至飞秒级的误差都可能得出差之毫厘谬以千里的结果。本研究让石墨烯再一次带来惊喜,将光电转化速度推到了极限,从而能够获得快速的响应,才能尽可能降低干扰因素,让我们对从粒子世界到宇宙空间都看得更清楚,算得更精确,想得更明白。

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