Ett gemensamt team har utvecklat kryogen mikrovågsfotodetektor som kan detektera 100, 000 gånger mindre ljusenergi jämfört med de befintliga fotodetektorerna. Betydelsen är att DGIST har utvecklat världens första mikrovågsfotodetektor med grafenanordning.

Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Sydkorea, meddelade att en senior forskare Jung Min-kyung vid Division of Nano and Energy Convergence Research har utvecklat kryogen mikrovågsfotodetektor som kan detektera 100, 000 gånger mindre ljusenergi jämfört med de befintliga fotodetektorerna.

Seniorforskaren Jung Min-kyung och ett team vid Institutionen för fysik vid University of Bazel i Schweiz genomförde en gemensam forskning och realiserade mikrovågsfotodetektion i en helt upphängd och ren grafen-p-n-korsning.

Denna studie är värd att lyfta fram som grafen, det enskiktiga kolbaserade materialet, har visat ett stort antal elektriska, mekanisk, och termiska egenskaper. Med sin otaliga applikationspotential, gaphene kallas drömmaterial och forskning pågår inte bara inom grundläggande vetenskaper utan även inom tillämpningsvetenskapliga områden som flexibel display, bärbara enheter, nästa generations solenergi, etc.

Grafen har uppmärksammats som en nästa generations fotonisk enhet som en fotodetektor eftersom dess gaplösa bandstruktur gör att elektron-hålspar kan genereras över ett brett energispektrum, till skillnad från vanliga halvledare.

Än så länge, grafenfotodetektorer har endast visats för optiska våglängder, från nästan uppblåst till ultraviolett. Dock, Fotodetektion i mikrovågsområdet har ännu inte studerats eftersom det var omöjligt att mäta mikrovågen på detektorn eftersom den har mycket mindre energi än ytpotentialskillnaden som orsakas av den omgivande miljön samt resterna på ytan av grafen som skapas i enhetsprocessen.

För att öka ljusenergiabsorptionshastigheten i mikrovågsområdet, seniorforskaren Jeong Min-kyung separerade grafen p-n junction enheten från substratet, gjort broformer som om de vore broar som svävar i luften och skapade ett rent elektroniskt system där elektronerna kan röra sig långt utan rester eller spridning.

Genom processen, teamet bekräftade att tillräckligt många elektron-hålpar genereras i mikrovågsområdet genom att flytta Dirac-punkten för grafen nära Fermi-energin. De lyckades realisera grafenfotodetektorn i mikrovågsregionen genom att mäta flödet av fotoströmmen på grund av temperaturskillnaden mellan båda elektroderna när temperaturen i p-n-övergången ökar på grund av elektron-hålparen som genereras i grafen p-n-övergången.

Den grafenmikrovågsfotodetektor som utvecklats i denna studie är överlägsen i känslighet jämfört med de befintliga grafenfotodetektorerna och förväntas förbättra prestandan hos olika optiska sensorer som används i högupplösta smarta telefoner, högeffektiva solceller, etc.

DGIST:s seniorforskare Jeong Min-kyung vid Division of Nano-Energy Convergence Research sa, "Betydningen av den här studien är att vi har utvecklat världens första mikrovågsfotodetektor med hjälp av grafenanordning. Vi kommer att utföra ytterligare forskning för att förbättra prestandan hos bärbara enheter och flexibla skärmar genom att utveckla nya applikationsanordningar såsom en mikrovågsfotodetektor med stor yta som använder en enda enhetsbaserad grafen."

Forskningsresultaten publicerades den 9 november, 2016 in Nanobokstäver , den internationella akademiska tidskriften publicerad av American Chemical Society (ACS).