МОСКВА, 12 мая. /ТАСС/. Ученые из России разработали подход, позволяющий проектировать и создавать инфракрасные фотодетекторы на базе графена, двумерного углеродного материала. Подобные датчики могут работать без электрического питания, и при этом они способны одновременно распознавать интенсивность и поляризацию ИК-излучения, сообщил Центр научной коммуникации МФТИ.
"Ключевым элементом в наших устройствах является клиновидное металлическое заострение поверх двумерного материала. Этот клин сначала "фокусирует" излучение в нужной области устройства, а после этого задает носителям преимущественное направление движения, создавая тем самым фототок", - пояснил научный сотрудник лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ Кирилл Капралов, чьи слова приводит центр научной коммуникации вуза.
Как отмечают Капралов и другие исследователи, двумерные листы графена обладают не только рядом уникальных полезных свойств, отсутствующих у других форм углерода, но и некоторыми характеристиками, мешающими их применению на практике. В частности, физики достаточно давно обнаружили, что графен достаточно плохо поглощает свет, и при этом у него отсутствуют некоторые ключевые свойства обычных полупроводников, необходимые для создания фотодетекторов.
Российские ученые выяснили, что эти недостатки графена можно обойти, если покрыть его особым "рисунком" из металлических структур, похожих по форме на зубья пилы или миниатюрные треугольники. Их набор представляет собой так называемую метаповерхность - рукотворную структуру, которая особым образом взаимодействует с падающим на нее светом и меняет его свойства.
В данном случае исследователям удалось создать особый тип подобной структуры, который физики называют "асимметричной сингулярной метаповерхностью". Она позволяет задавать направление движения для электронов, провзаимодействовавших с частицами света, что позволяет запускать движение фототока без внешних источников и с очень высокой чувствительностью выявлять вспышки инфракрасного излучения.
Разработанная технология совместима с массовым производством и может быть адаптирована для других двумерных материалов. В будущем такие детекторы могут найти применение в системах тепловидения и оптической связи, в том числе компактных и энергоэффективных системах. Дальнейшая оптимизация, включая использование других подложек и материалов, позволит еще больше повысить чувствительность и расширить спектральный диапазон устройств, подытожили физики.