石墨烯光检测器具有将热视觉技术放入隐形眼镜中的可能性

器件结构的示意图。张华刘，等。Nature Nanotechnology（2014）DOI：10.1038 / NNANO.2014.31

密歇根大学的研究人员在两个石墨烯片之间使用了绝缘阻挡层，在室温下具有超宽带和高响应度的第一石墨烯光电探测器。

Ann Arbor - 第一室温灯检测器，可以感测全红外光谱有可能将热视觉技术放入隐形眼镜中。

与市场上目前的可比中频和红外探测器不同，密歇根大学工程研究人员开发的探测器不需要庞大的冷却设备来工作。

“我们可以使整个设计超薄，”电气电脑工程助理教授赵惠忠说。“它可以堆叠在隐形眼镜上或与手机集成。”

红外光以比可见红光的波长从波长开始，并且延伸到长达毫米的波长。红外视野可能是最为罕见的，以便在房屋中的黑暗和热泄漏中发现人和动物，但它也可以帮助医生监测血液流动，识别环境中的化学品，并允许艺术历史学家看到Paul Gauguin在油漆层下的草图。

与可见光谱不同，传统摄像机用单个芯片捕获，红外成像需要技术组合，以便立即看到附近，中红外辐射。更具挑战性，中红外线和远红外传感器通常需要在非常冷的温度下。

石墨烯，一层碳原子，可以感测整个红外光谱加上可见和紫外光。但到目前为止，红外检测并不可行，因为它无法捕获足够的光以产生可检测的电信号。具有一个原子厚度，它只吸收约2.3％的光线击中它。如果光不能产生电信号，则石墨烯不能用作传感器。

“目前基于石墨烯的探测器的挑战是它们的灵敏度通常很差，”钟表示。“它比商业设备需要的数百到一千次。”

为了克服那个障碍，钟和泰德诺里斯，杰拉德A.穆奥电气工程与计算机科学教授，与研究生一起设计了一种产生电信号的新方法。而不是试图直接测量当光点击石墨烯时释放的电子，而是通过观察来放大信号，而是在石墨烯中的光引感电荷如何影响附近电流的情况下进行放大。

“我们的工作开创了一种发现光的新方法，”钟说。“我们设想人们将能够在其他材料和设备平台中采用相同的机制。”

为了使装置制成，它们在两个石墨烯片之间放置绝缘阻挡层。底层有电流贯穿它。当灯击中顶层时，它释放电子，产生带正电的孔。然后，电子使用量子机械技巧将屏障滑过并进入石墨烯的底层。

带正电的孔，留在顶层的后面，产生了一种电场，其通过底层影响了电流的电流。通过测量当前的变化，团队可以推断出光线击中石墨烯的亮度。新方法允许室温石墨烯装置的灵敏度，首次竞争冷却的中红外探测器。

该设备已经小于Pinky Nail，并且很容易缩小。钟建议将它们的阵列作为红外线相机。

“如果我们用隐形眼镜或其他可穿戴电子设备整合它，它会扩大您的愿景，”钟表示。“它为您提供了另一种与您的环境互动的方法。”

虽然全频谱红外检测可能会在军事和科学技术中找到应用，但普通科技市场的问题可能很快，“我们想在红外线看待吗？”

该器件在以“在室温下具有超宽带和高响应率的石墨烯光电探测器”的纸上描述了该装置，其在线纳米技术在线出现。

该工作得到了国家科学基金会，部分通过密歇根工程光子和多尺度纳米材料中心，并从电气工程和计算机科学博士生长华刘和友智昌的帮助下进行。

出版物：张华刘等，“石墨烯光电探测器在室温下具有超宽带和高响应性”，自然纳米技术，2014; DOI：10.1038 / nnano.2014.31

研究报告的PDF副本：在室温下具有超宽带和高响应度的石墨烯光电探测器

图像：张华刘，等。Nature Nanotechnology（2014）DOI：10.1038 / NNANO.2014.31