Ultrasnabb detektering av ljus är kärnan i optiska kommunikationssystem nuförtiden. Drivs av sakernas internet och 5G, datakommunikationsbandbredden växer exponentiellt, vilket kräver ännu snabbare optiska detektorer som kan integreras i fotoniska kretsar.

I det senaste arbetet som publicerades idag i Naturens nanoteknik , forskargruppen ledd av prof vid ICFO Frank Koppens har visat att en tvådimensionell kristall, kombinerat med grafen, har förmågan att detektera optiska pulser med ett svar snabbare än tio pikosekunder, samtidigt som en hög effektivitet bibehålls. Genom att använda ultrasnabba laserpulser, forskarna har visat en rekordhög fotoresponshastighet för en heterostruktur gjord av tvådimensionella material. Dessa nya material får mer och mer uppmärksamhet på grund av deras fantastiska och rika variation av egenskaper.

En viktig fördel med dessa enheter baserade på grafen och andra tvådimensionella material är att de kan integreras monolitiskt med kiselfotonik vilket möjliggör en ny klass av fotoniska integrerade kretsar. Även om denna studie har fokuserats på de inneboende egenskaperna hos fotodetektionsenheten, nästa steg är att utveckla prototypfotoniska kretsar och utforska sätt att förbättra storskalig produktion av dessa enheter.

Medan prof. Frank Koppens kommenterar "Det är anmärkningsvärt hur ett material som bara är några nanometer tjockt kan ha så hög prestanda", ICFO-forskaren Mathieu Massicotte och första författare till denna studie säger att "Alla visste att grafen kunde göra ultrasnabba fotodetektorer, men relaterade tvådimensionella kristaller släpade fortfarande mycket efter. I vårt arbete visar vi att genom att kombinera dessa två material, vi kan få en fotodetektor som inte bara är ultrasnabb utan också mycket effektiv."

Resultaten från denna studie har visat att staplingen av halvledande 2D-material med grafen i heterostrukturer kan leda till nya, snabba och effektiva optoelektroniska applikationer, såsom integrerade höghastighetskommunikationssystem.