Учёные из НИИ фотоники в Барселоне (Испания) добились успеха в создании фотодетектора, в миллиард раз более чувствительного, чем другие подобные устройства на основе графена (кратко об этом мы уже писали). Результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Графен — чрезвычайно притягательный материал для применения в оптоэлектронных устройствах и фотодетекторах благодаря широкой спектральной полосе пропускания и быстрому времени отклика. Однако слабая абсорбция света (поглощается не более 3%) и отсутствие механизма генерации нескольких носителей заряда на один поглощённый фотон сильно ограничивает чувствительность графеновых фотодетекторов. Чтобы помочь графену преодолеть его немощь в деле абсорбции падающего света, учёные вспомнили о квантовых точках, наноразмерных кристаллах с уникальной способностью абсорбировать свет различных длин волн в зависимости от их размера.

Фотодетектор есть не что иное, как устройство, конвертирующее малые количества света в столь же малое количество электричества, которое затем может быть измерено. Это даёт возможность определить то, сколько именно света попало на устройство. Кроме того, свет, конвертированный в электричество, может быть использован и по прямому назначению — к примеру, для ассистирования в настройке установок зеркального цифрового фотоаппарата.

Рис. 1. Графен с квантовыми точками (иллюстрация F. Koppens / Nature Nanotechnology).

Для создания такого фотодетектора герои нашей заметки, используя графит и классическую (стандартную) процедуру с клейкой лентой, подготовили графеновый субстрат, к которому методом наноразмерной литографии прикрепили крошечные золотые электроды. Затем на эту подложку с помощью распыления были нанесены квантовые точки из сульфида свинца; их специально не фильтровали, чтобы иметь возможность абсорбировать видимый свет любой длины волны. Всё, осталось лишь посветить на получившийся фотодетектор и измерить сопротивление и количество «добытого» электричества, используя заранее подготовленные золотые электроды.

Правда, как признаются сами учёные, подбор правильной комбинации материалов для изготовления квантовых точек, способных передавать электрические заряды на графен с максимальной эффективностью, требует немало усилий. После всех тестов и подстроек удалось достичь 25% внутренней квантовой эффективности устройства.

Таким образом, использование комбинированного материала «квантовые точки — графен» позволило поднять число одновременно генерируемых электронов на один поглощённый фотон с 1 до 10⁸. В результате уровень чувствительности фотодетектора вырос сразу на девять порядков!

С такими результатами на руках исследователи считают, что фотодетекторы на основе предложенного комбинированного материала очень пригодятся в цифровых фотокамерах, приборах ночного видения и пр.