Ученые выяснили, как можно использовать графен, одномерную форму углерода, в качестве основы для сверхчувствительных датчиков дальнего инфракрасного излучения и терагерцовых волн. Об пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в научном журнале Optics Express.

«Мы рассчитали параметры изготовленных на основе графенового монослоя светочувствительных элементов, которые могут улавливать дальний инфракрасный свет. Такие фотоприемники могут заменить почти любые используемые сегодня датчики инфракрасного и терагерцового излучения», – рассказал о сути работы один из ее авторов, заведующий лабораторией в МФТИ Виктор Рыжий.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, которые соединены между собой структурой химических связей, напоминающих структуру пчелиных сот. За получение и изучение первых образцов графена присудили Нобелевскую премию по физике 2010 года – награду получили выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм.

Последующие эксперименты показали, что для графена характерны не только полезные свойства, которых нет у других форм углерода, но и особенности, которые мешают применять его на практике. В частности, физики обнаружили, что графен тяжело превратить в полноценный полупроводник, так как у него нет так называемой «запрещенной зоны».

Поэтому чистый графен почти непригоден для изготовления электронных приборов, солнечных батарей, лазеров и источников света. Ученые решают эту проблему, нанося различные примеси на графеновые листы, однако эта операция сложна с практической точки зрения и часто меняет различные свойства графена в худшую сторону.

Будущее инфракрасной астрономии

Рыжий и его коллеги обошли эту проблему, создав своеобразный «бутерброд» из графена, а также двух других материалов, черного фосфора и мышьяка. Оба этих вещества представляют собой своеобразные аналоги графита, многослойные структуры, состоящие из множества плоских листов, которые образованы из атомов фосфора и мышьяка.

Как обнаружили ученые, если сложить графен, тонкие листы из черного фосфора и мышьяка в своеобразную стопку, характер взаимодействий первого с частицами света значительно поменяется. Меняя толщину двух внешних слоев этого «бутерброда», можно заставить подобную структуру поглощать свет в очень широком диапазоне частот, в том числе и дальнее инфракрасное и терагерцовое излучение.

По словам Рыжего и его коллег, у подобных датчиков излучения по сравнению с уже существующими приборами подобного рода есть несколько преимуществ. В частности, для них характерен крайне низкий уровень помех и ложных срабатываний, а их рабочий диапазон можно очень гибко настраивать.

«Если приложить нужное напряжение, рабочий диапазон таких приемников можно менять без потери качества приема сигнала. Подобные сенсоры могут повысить эффективность работы инфракрасных телескопов. Рассчитанные приемники при высоких температурах должны давать гораздо более чистый сигнал, чем используемые сегодня», – подытожил физик.