Аспирант Корнелльского университета Хайнин Ван (Haining Wang) изобрёл надежный способ измерения скорости отклика сверхбыстродействующего светового детектора, сконструированного им вместе с коллегами из материала атомарной толщины, дисульфида молибдена.

Так называемый метод двухимпульсной фотоэлектрической корреляции описан в статье, которая была опубликована в Nature Communications. На устройство направляется оптический импульс и, через короткий промежуток времени — второй. Изменяя интервал между двумя импульсами и анализируя электрический сигнал, генерируемый фотодетектором, можно с высокой точностью определить скорость его срабатывания.

В экспериментах Вана, фотодетектор на базе 2D-материала MoS₂ толщиной в три атома показал быстродействие 3 пикосекунды. Это намного превосходит возможности коммерческих устройств, применяемых сегодня в скоростных оптоволоконных сетях и другой оптоэлектронике. Выигрыш достигнут благодаря тому, что в 2D-материале значительно уменьшается расстояние, которое требуется пройти сгенерированным носителям заряда до попадания во внешнюю электрическую цепь.

Опытные образцы двумерного фотодетектора имеют очень низкий квантовый выход: только 1–2% порождённых светом зарядов достигают внешней цепи, остальные рекомбинируют с выделением тепла. В этом отношении 2D-сенсоры значительно отстают от более медленных коммерческих аналогов из кремния или арсенида галлия: их эффективность достигает 50–90%.

Оптимизм исследователям из Корнелля внушает открытие, сделанное ими совместно с группой из Калифорнийского университета в Беркли: покрытие образца определённым химическим соединением практически полностью устраняет рекомбинацию. В ноябре группа из Беркли сообщила, что добилась от модифицированного вышеописанным способом фотодетектора на базе MoS2 эффективности 95%.

Устройства быстрого фотодетектирования, как указывают авторы статьи в Nature Communications, имеют первоочерёдное значение для становления инновационных технологий, таких как LiFi — использование освещения как средства беспроводных коммуникаций. Окна и стены домов можно будет покрывать атомарными слоями материала, способного взаимодействовать со светом, несущим в себе сигналы Интернета.