Som ett viktigt steg mot grafenintegrering i kiselfotonik, forskare från Graphene Flagship har publicerat en artikel som visar hur grafen kan ge en enkel lösning för kiselfotodetektion i telekommunikationsvåglängder. Publicerad i Nanobokstäver , denna spännande forskning är ett samarbete mellan University of Cambridge (UK), Hebrew University (Israel) och John Hopkins University (USA).

Uppdraget för Graphene Flagship är att översätta grafen från det akademiska laboratoriet, genom industrin och in i samhället. Detta breda och ambitiösa mål har stått i spetsen för de val som gjorts för att styra flaggskeppet; det fokuserar på verkliga problemområden där det kan göra en verklig skillnad, till exempel inom optisk kommunikation.

Optisk kommunikation blir allt viktigare eftersom de har potential att lösa ett av de största problemen i vår informationsålder:energiförbrukning. Nästan allt vi gör i vardagen förbrukar information och all denna information drivs av energi. Om vi ​​vill ha mer och mer information, vi behöver mer och mer energi. Inom en snar framtid, de största konsumenterna av datatrafik kommer att vara maskin-till-maskin-kommunikation och Internet of Things (IoT).

För att aktivera IoT och den informationsnivå som krävs, nuvarande kiselfotonik har ett problem:den behöver tio gånger mer energi än vad vi kan tillhandahålla. Så, om vi vill ha det här nya, förbättrad internetålder, ny teknologi, energieffektiva lösningar måste hittas. Det är därför drivkraften till grafenbaserad optisk kommunikation är så viktig.

Under de senaste åren, optisk kommunikation har ökat sin livskraft jämfört med vanliga metallbaserade elektroniska sammankopplingar. Den nuvarande kiselbaserade fotodetektorn som används i optisk kommunikation har ett stort problem när det gäller att detektera data i det nära infraröda området, vilket är räckvidden som används för telekommunikation. Telekomindustrin har övervunnit detta problem genom att integrera germaniumabsorbenter med standardkiselfotoniska enheter. De har kunnat göra fullt fungerande enheter på chips med denna process. Dock, denna process är komplex.

I den nya tidningen, grafen är sammankopplad med kisel på chip för att göra Schottky-barriärfotodetektorer med hög responsivitet. Dessa grafenbaserade fotodetektorer uppnår 0,37A/W responsivitet vid 1,55μm med hjälp av lavinmultiplikation. Denna höga responsivitet är jämförbar med den hos de kiselgermaniumdetektorer som för närvarande används inom kiselfotonik.

Prof. Andrea Ferrari från Cambridge Graphene Centre, som också är vetenskaps- och teknikansvarig och ordförande för ledningspanelen för flaggskeppet grafen, uppgav; "Detta är ett betydande resultat som bevisar att grafen kan konkurrera med den nuvarande tekniken genom att producera enheter som kan göras enklare, billigt och fungerar på olika våglängder. Detta banar vägen för grafenintegrerad kiselfotonik."

Dr Ilya Goykhman, från University of Cambridge, och tidningens huvudförfattare, sa; "Visionen här är att grafen ska spela en viktig roll för att möjliggöra optisk kommunikationsteknik. Detta är ett första steg mot detta, och, under de kommande två åren är syftet med flaggskeppets arbetspaket för wafer-skala integration och optoelektronik att verkligen få detta att hända."

Vi pratar vidare om flaggskeppet grafen och dess samarbetsstrategi för forskning, Prof Ferrari kommenterade "Graphene kan slå dagens kiselfotoniska teknik när det gäller energiförbrukning. Grafenflaggskeppet investerar mycket resurser i integration i wafer-skala med skapandet av ett nytt arbetspaket. Vi har identifierat en vision, där grafen är ryggraden för datakommunikation, och vi planerar att ha en telekommunikationsbank som kan överföra 4x28 GB/s till 2018. Forskningen i detta Nanobokstäver papper är det första steget mot att uppnå den visionen, vars betydelse klart erkänns av företag som Ericsson och Alcatel-Lucent som har gått med i flaggskeppet för att hjälpa till att utveckla det."

"Vi har visat potentialen för detektorn men vi behöver också producera en grafenbaserad modulator för att ha en full, lågenergi optiskt telekommunikationssystem och flaggskeppet arbetar hårt på detta problem. Flaggskeppet har samlat rätt personer på rätt plats vid rätt tidpunkt för att arbeta tillsammans mot detta mål. Europa kommer att ligga i framkanten av denna teknik. Det är en stor utmaning, och en stor möjlighet för Europa, eftersom det finns ett så högt mervärde till enheterna kommer det att vara kostnadseffektivt att tillverka enheten i Europa - att behålla värdet av tekniken inom den europeiska gemenskapen, " sa prof. Ferrari.