Фотоэлемент на основе графена

25.09.2013

Сразу три группы физиков: из Австрии, Гонконга и из США представили прототипы фотодетекторов на основе графена. Эти устройства преобразуют инфракрасные оптические сигналы в электрические импульсы, причем эффективность графеновых фотодетекторов выше, чем у аналогичных устройств традиционного типа.

Все три разработки несколько различаются между собой, однако все они используют ключевую особенность графена - способность преобразовывать в электрические импульсы световые кванты с разной энергией. Традиционные фотодетекторы работают за счет того, что квант света передает носителю заряда энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера, зазора между энергетическими уровнями в полупроводнике, но графен не является "полноценным" полупроводником и у него нет так называемой запрещенной зоны.

Из-за отсутствия запрещенной зоны графеновые детекторы оказались способны регистрировать (в случае с разработкой группы из Китайского университета в Гонконге) кванты света в среднем инфракрасном диапазоне, с длиной волны от 1,55 до 2,75 микрометров. Авторы утверждают, что их детектор способен функционировать при комнатной температуре, хотя германиевые аналоги с чувствительностью в том же диапазоне требует охлаждения жидким азотом. Как поясняется в Nature News, работа при комнатной температуре может упростить выявление химических веществ в атмосфере и сделать более доступными биохимические исследования в диагностических целях.

Участник американской группы, Дирк Энглунд, физик из Массачусетского технологического института, подчеркнул также то, что скорость передачи данных через фотодетекторы на основе графена составила 12 гигабит в секунду, то есть оказалась сопоставима с обычными полупроводниковыми устройствами. По его прогнозам, стремительный переход на графен произойдет тогда, когда ученые и технологи научатся синтезировать этот двумерный материал в промышленных количествах со стабильно высоким качеством: на сегодня это главное препятствие на пути к графеновой электронике.

Отсутствие запрещенной зоны, как поясняет один из создавших новые детекторы ученых, Томас Мюллер из Технологического института в Вене, сделала его идеальным материалом для устройства, которое преобразует инфракрасные импульсы в электрические.

Мюллер пояснил (и эти пояснения верны для всех трех описанных в Nature Photonics устройств), что графен обещает быть дешевле традиционного германия, а операции с графеном уже достаточно отработаны на технологическом уровне. Ключевой проблемой, которая не позволила раньше создать графеновые фотодетекторы, являлась прозрачность материала: пропускающий свет и инфракрасное излучение графен плохо подходил для прибора, действие которого по определению связано с поглощением излучения. Первые образцы детекторов, полученные в 2009 году и описанные тогда в Nature Nanotechnology имели из-за своей прозрачности очень низкую эффективность и говорить о практическом применении таких устройств было нельзя. Проблему удалось решить только сейчас: выдаваемый детекторами при освещении ток еще не достиг типичного для германиевых приборов значения, но уже более чем в 50 раз превзошел результаты 2009 года. По мнению всех разработчиков, разрыв скоро будет ликвидирован; кроме того, новые детекторы уже превзошли германиевые по другим параметрам.

Из-за большей по сравнению с кремнием и многими полупроводниками подвижности носителей заряда графен считается перспективным материалом для электронных приборов. К числу его недостатков относят отсутствие в немодифицированном графене запрещенной зоны, а также технологическую сложность получения больших однородных листов.

<< Назад: Робот-орёл 25.09.2013

>> Вперед: Планшеты Microsoft Surface 2 и Microsoft Surface Pro 2 24.09.2013

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Самообучаемая электрическая сеть 30.03.2022 Ученые из Университета Пенсильвании открыли новый подход к машинному обучению. Обычная электрическая цепь самостоятельно научилась распознавать цветы по размеру лепестков. Группа ученых под руководством физика Сэмюэла Диллаву собрала небольшую электрическую сеть, соединив случайным образом 16 резисторов. Исследователи устанавливают напряжение для определенных входных узлов и считывают показатели выходных узлов. Самостоятельно регулируя резисторы, сеть научилась производить желаемые данные для заданного набора исходных значений. "Сеть была настроена для выполнения множества простых задач ИИ, - говорит Диллаву. - Например, она может различать три вида цветков ириса с точностью более 95% на основе четырех параметров: длины и ширины лепестков и чашелистиков". Для машинного обучения ИИ, как правило, используют искусственные нейронные сети. Такие сети обычно существуют только в памяти компьютера. Нейронная сеть состоит из точек или узлов, каждый из которых может принимать значение от 0 до 1, соединенных ребрами. Каждое ребро имеет свой вес в зависимости от значений в узлах. При обучении такой системы требуется проводить регулировку веса ребер, чтобы получить нужный результат. "Это сложная проблема оптимизации, которая значительно возрастает с увеличением размера сети и требует большого количества вычислительных ресурсов", - отмечает Диллаву. - Ситуация усложняется тем, что все ребра должны настраиваться одновременно". Чтобы обойти эту проблему, физики искали системы, которые могли бы настраивать себя без внешних вычислений. Ученые построили две идентичные сети друг над другом. В замкнутой сети они подавали напряжение и фиксировали на выходных элементах нужные значения. В открытой сети устанавливалось только напряжение на входном резисторе. Система регулировала сопротивление на резисторах в двух сетях в зависимости от разницы напряжений между идентичными узлами в каждой из них. За нескольких итераций эти корректировки привели все напряжения во всех резисторах в двух сетях в соответствие. Система научилась выдавать правильные выходные данные для заданных исходных значений. "Эта настройка требует незначительных вычислений, - говорит Диллаву. -Системе нужно только сравнить падение напряжения на соответствующих резисторах в замкнутой и свободной сетях с помощью компаратора. Наша работа доказывает принципиальную возможность нового способа машинного обучения, который не требует больших вычислений".

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025