«Увеличение поглощения недостаточной освещенности графена в видимом диапазоне является важной предпосылкой для своего широкого возможного применения в фотонике и ощущения», объяснили SungWoo Nam, доцент механической науки и разработки в Иллинойсе. «Это – самый первый поддающийся растягиванию фотодатчик, базирующийся исключительно на графене с настраиваемой напряжением фоточувствительностью и селективностью длины волны».Графен – атомарно тонкий слой шестиугольным образом атомов углерода, хранящихся на таможенных складах – был экстенсивно исследован в современных фотодатчиках для его широкополосного поглощения, высокой подвижности перевозчика и механической гибкости. Из-за низкой оптической поглотительной способности графена, графеновое исследование фотодатчика до сих пор сосредоточилось на гибридных системах, чтобы увеличить фотопоглощение. Однако такие гибридные системы требуют сложного процесса интеграции и лидерства к уменьшенной подвижности перевозчика из-за разнородных интерфейсов.
Согласно Nam, основной элемент, позволяющий увеличенное поглощение и растяжимость, требует разработки двумерный материал в трехмерные (3D) «раздавленные структуры», повышая ареальную плотность графена. Непрерывно холмистая 3D поверхность побуждает ареальное увеличение плотности приводить выше к оптическому поглощению за область единицы, таким образом улучшая фоточувствительность.
Сомните плотность, высоту, и подача смодулирована прикладным напряжением, и комкание полностью обратимо во время циклического протяжения и выпуска, представления новой способности настраиваемого напряжением фотопоглотительного улучшения и обеспечения очень отзывчивого фотодатчика на основе единственного графенового слоя.«Мы достигли больше, чем улучшение порядка величины оптического исчезновения через 3D структуру с пряжками, которая привела приблизительно к 400%-му улучшению в фоточувствительности», заявили Пилгю Канг и первый автор статьи, «Раздавленный Графеновый Фотодатчик с Расширенной, настраиваемой Напряжением и Отборной длиной волны Фоточувствительностью», появившись в журнале, Продвинутых Материалах. «Новая настраиваемая напряжением фоточувствительность привела к 100%-й модуляции в фоточувствительности с 200% примененное напряжение.
Объединяя коллоидный фотонный кристалл – настраиваемый напряжением фильтр optomechanical – с поддающимся растягиванию графеновым фотодатчиком, мы также продемонстрировали уникальную настраиваемую напряжением селективность длины волны».«Эта работа демонстрирует прочный подход для поддающихся растягиванию и гибких графеновых устройств фотодатчика», добавил Нэм. «Мы первые, чтобы сообщить о поддающемся растягиванию фотодатчике с протяжением способности к 200% ее оригинальной длины и никакого ограничения на длину волны обнаружения. Кроме того, наш подход к усилению фотопоглощения раздавленными структурами может быть применен не только к графену, но также и к другим появляющимся 2D материалам».В дополнение к Нэму и Кангу, среди соавторов исследования Майкл Цай Ван и Питер М. Кнапп в Отделе Механической Науки и Разработки в Иллинойсе.
Оптические характеристики и частичная фальсификация устройства были выполнены в Научно-исследовательской лаборатории Материалов Фредерика Зайца и Микро и Нано Технологической Лаборатории в Иллинойсе.