Ljusdetektering och kontroll är kärnan i många moderna apparapplikationer, som kameror i telefoner. Att använda grafen som ett ljuskänsligt material för ljusdetektorer erbjuder betydande förbättringar när det gäller material som används idag. Till exempel, grafen kan upptäcka ljus i nästan vilken färg som helst, och det ger ett extremt snabbt elektroniskt svar inom en miljonedel av en miljonedel av en sekund. Således, för att korrekt utforma grafenbaserade ljusdetektorer, det är avgörande att förstå processerna som äger rum inuti grafen efter att det absorberat ljus.

Ett team av europeiska forskare har nu lyckats förstå dessa processer. Publicerad nyligen i Vetenskapliga framsteg , deras arbete ger en grundlig förklaring till varför, i vissa fall, grafenkonduktivitet ökar efter ljusabsorption, och i andra fall, det minskar. Forskarna visar att detta beteende korrelerar med det sätt på vilket energi från absorberat ljus strömmar till grafenelektronerna:Efter att ljuset har absorberats av grafen, processerna genom vilka grafenelektroner värms upp sker extremt snabbt och med en mycket hög effektivitet.

För starkt dopad grafen (där många fria elektroner finns), ultrasnabb elektronuppvärmning leder till bärare med förhöjd energi - heta bärare - som, i tur och ordning, leder till minskad konduktivitet. Intressant nog, för svagt dopad grafen (där inte så många fria elektroner finns), elektronuppvärmning leder till skapandet av ytterligare fria elektroner, och därför en ökning av konduktiviteten. Dessa ytterligare bärare är det direkta resultatet av grafens gaplösa natur - i gapade material, elektronvärme leder inte till ytterligare fria bärare.

Detta enkla scenario med ljusinducerad elektronuppvärmning i grafen kan förklara många observerade effekter. Bortsett från att beskriva materialets ledande egenskaper efter ljusabsorption, det kan förklara bärarmultiplikation, där - under specifika förhållanden - en absorberad ljuspartikel (foton) indirekt kan generera mer än en extra fri elektron, och därmed skapa ett effektivt fotorespons inom en enhet.

Resultatet av papperet, särskilt, förstå elektronuppvärmningsprocesser exakt, kommer definitivt att innebära ett stort uppsving i design och utveckling av grafenbaserad ljusdetekteringsteknik.