16.04.2020 - Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT)

Las heteroestructuras de grafeno con fósforo negro, arsénico permiten nuevos detectores infrarrojos

Sensores podrían sustituir a cualquier detector de radiación de infrarrojo lejano y terahercio

Los científicos del MIPT y sus colegas de Japón y los Estados Unidos han calculado los parámetros de los fotodetectores compuestos por capas de grafeno y una combinación de fósforo negro y arsénico negro. Estos sensores son capaces de detectar la radiación con una energía menor que la brecha de la banda de las capas constituyentes sin grafeno. También es fácil modificarlos para aumentar su sensibilidad a la longitud de onda de la luz requerida. Estos sensores podrían sustituir a cualquier detector de radiación de infrarrojo lejano y terahercio.

Los nuevos sensores beneficiarán a muchas áreas de la ciencia y la tecnología. La banda del infrarrojo lejano es sustancial tanto para las aplicaciones domésticas como para la ciencia fundamental. Estas ondas son emitidas por el polvo cósmico, cuyo estudio revela la evolución de las galaxias. Los sensores de luz infrarroja se utilizan en equipos de visión nocturna, mandos a distancia, misiles teledirigidos y sensores de latidos del corazón. La radiación terahercio ofrece una alternativa menos peligrosa que los escáneres de rayos X para equipaje.

Los investigadores consideraron fotodetectores interbanda de infrarrojo lejano basados en una monocapa de grafeno. El grafeno estaba rodeado por capas de fósforo negro y arsénico negro en proporciones variables. Cambiando la proporción de estas sustancias, es posible cambiar el rango de trabajo del fotodetector. Las energías inaccesibles a los electrones en el fósforo negro y el arsénico son diferentes. El detector funciona registrando un electrón o un agujero que entra en la banda de conducción del fósforo negro o del arsénico después de una transición entre dos bandas de energía de grafeno. Sin embargo, los efectos de la temperatura hacen que los sensores de infrarrojos y terahercios detecten la señal incluso "en la oscuridad", en ausencia de radiación. Las estructuras en capas examinadas en el estudio resultaron experimentar una corriente oscura mucho más baja que en las utilizadas hoy en día.

"Calculamos los parámetros de los elementos sensibles a la luz para la detección en el infrarrojo lejano basándonos en una monocapa de grafeno. Tales dispositivos pueden sustituir a casi todos los sensores de radiación de infrarrojo lejano y terahercios que se utilizan hoy en día. La disminución de la corriente oscura y la alta fotosensibilidad mejoran significativamente la relación señal-ruido incluso para la radiación de baja intensidad. Aplicando un voltaje cuidadosamente calibrado, el rango de trabajo de los detectores puede cambiarse sin afectar la calidad de la recepción de la señal. Tales sensores podrían mejorar el rendimiento de los telescopios infrarrojos. Según los cálculos, a altas temperaturas los detectores producirán una señal mucho más limpia que los detectores que se utilizan ahora", añade Victor Ryzhii, jefe del Laboratorio de Materiales y Nanodispositivos 2D.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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