Физики экспериментально доказали, что чистый графен может эффективно преобразовывать излучение в электричество. Ранее подобный феномен изучали только для графена с примесями, но чистый материал оказался даже лучше. Открытие может пригодиться при создании новых типов фотоприемников и для улучшения светособирающих устройств, таких как солнечные панели.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Графен — это соединение углерода, представляющее собой плоскую шестиугольную решетку толщиной в один атом. Это вещество обладает многими уникальными свойствами, механическими, оптическими и электронными. Например, для графена характерна чрезвычайно высокая мобильность зарядов внутри слоев, а также высокая теплопроводность. Также графен потенциально может улавливать свет любой длины волны, что делает его идеальным фотодетектором.

Известно, что возбудить ток в графене можно двумя различными способами: термоэлектрическим и фотоэлектрическим. В первом случае его нужно освещать лазерным лучом, а во втором — поместить в электрическое поле. Несмотря на существенные различия в механизмах возникновения тока, для обоих способов характерна зависимость от плотности зарядов в графене. Если в материале нет дефектов и примесей, избытка электрических зарядов не появляется, и оба способа работают достаточно плохо.

В новой работе американские исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде и Массачусетского технологического института показали в экспериментах, что в чистом графене под действием света появляется высокий электрический ток (фототок), если использовать участки специфических форм. Это открытие удивительно, так как чистый графен характеризуется нулевой объемной плотностью зарядов, при которой ток вообще не должен возникать. Авторы экспериментировали с различными формами, в том числе с коническими участками, которые соприкасаются с тонкими и широкими прямоугольниками и другими нестандартными конфигурациями. Свойства устройств оказались связаны с формой и участком, на который попадал свет.

«Это значит, что мы можем управлять поведением светособирающих устройств из графена, всего лишь меняя форму и размер образцов, — говорит соавтор статьи Пабло Харильо-Эрреро. — Более того, так как толщина составляет всего один атом, мы может создавать полупрозрачные устройства. Они могут использоваться, например, в качестве панелей в окнах, их можно комбинировать с другими светочувствительными материалами для того, чтобы получать энергию из той части солнечного света, которая обычно не поглощается».