Fotodetektorer gjorda av grafen kan bearbeta och leda såväl ljussignaler som elektriska signaler extremt snabbt. Inom pikosekunder genererar den optiska stimuleringen av grafen en fotoström. Tills nu, ingen av de tillgängliga metoderna var tillräckligt snabba för att mäta dessa processer i grafen. Forskare vid Technische Universitaet Muenchen, Tyskland, utvecklade nu en metod för att mäta den tidsmässiga dynamiken i denna fotoström. Dessutom upptäckte de att grafen kan avge terahertzstrålning.

Grafen lämnar ett ganska blygsamt intryck vid en första anblick. Materialet består av inget annat än kolatomer ordnade i en enkelskiktad "matta". Än, Det som gör grafen så fascinerande för forskare är dess extremt höga ledningsförmåga. Denna egenskap är särskilt användbar vid utveckling av fotodetektorer. Dessa är elektroniska komponenter som kan detektera strålning och omvandla den till elektriska signaler.

Grafens extremt höga konduktivitet inspirerar forskare att använda den vid utformningen av ultrasnabba fotodetektorer. Dock, tills nu, det var inte möjligt att mäta det optiska och elektroniska beteendet hos grafen med avseende på tid, dvs hur lång tid det tar mellan den elektriska stimuleringen av grafen och genereringen av respektive fotoström.

Alexander Holleitner och Leonhard Prechtel, forskare vid Walter Schottky Institut vid TU Muenchen och medlemmar av Cluster of Excellence Nanosystems Initiative Munich (NIM), beslutade att gå vidare med denna fråga. Fysikerna utvecklade först en metod för att öka tidsupplösningen för fotoströmmätningar i grafen till pikosekundintervallet. Detta gjorde att de kunde upptäcka pulser så korta som några pikosekunder. (För jämförelse:En ljusstråle som färdas med ljushastighet behöver tre pikosekunder för att spridas en millimeter.)

Det centrala elementet i de inspekterade fotodetektorerna är fritt upphängd grafen integrerad i elektriska kretsar via metalliska kontakter. Fotoströmmens temporala dynamik mättes med hjälp av så kallade co-planar strip lines som utvärderades med en speciell tidsupplöst laserspektroskopiprocedur – pump-probe-tekniken. En laserpuls exciterar elektronerna i grafenet och dynamiken i processen övervakas med en andra laser. Med denna teknik kunde fysikerna övervaka exakt hur fotoströmmen i grafen genereras.

På samma gång, forskarna kunde dra nytta av den nya metoden för att göra ytterligare en observation:De hittade bevis för att grafen, när den är optiskt stimulerad, avger strålning inom terahertz-området (THz). Detta ligger mellan infrarött ljus och mikrovågsstrålning i det elektromagnetiska spektrumet. Det speciella med THz -strålning är att den visar egenskaper som delas av båda intilliggande frekvensområden:Den kan buntas som partikelstrålning, men penetrerar fortfarande materia som elektromagnetiska vågor. Detta gör den idealisk för materialtester, för screeningförpackningar eller för vissa medicinska tillämpningar.