Quang detector graphene đầu tiên

Các nhà nghiên cứu tại IBM vừa chế tạo được quang detector đầu tiên từ graphene – một tấm carbon chỉ dày một nguyên tử. Dụng cụ trên, có thể phát hiện chính xác những dòng dữ liệu quang ở tốc độ 10 Gbit/s, có thể dùng để chế tạo những loại mạch điện mới sử dụng cả ánh sáng và dòng điện để xử lí và truyền tải thông tin.

 

alt

Minh họa detector IBM đang hoạt động. (Ảnh: P Avouris).

Quang detector là những dụng cụ phát hiện ra ánh sáng bằng cách biến đổi tín hiệu quang thành dòng điện. Chúng được sử dụng rộng rãi trong khoa học lẫn công nghệ, cho lĩnh vực truyền thông, cảm biến và ghi ảnh.

Các detector ánh sáng hiện đại thường chế tạo bằng các chất bán dẫn III-V, thí dụ như  gallium arsenide. Khi ánh sáng chạm trúng những chất liệu này, mỗi photon bị hấp thụ tạo ra một cặp electron-lỗ trống. Những cặp này sau đó phân tách ra và tạo ra một dòng điện.

Hấp thụ ánh sáng tốt

Graphene có nhiều tính chất cơ lí độc đáo khiến nó thích hợp cho việc dò tìm ánh sáng. Một ưu điểm là các electron và lỗ trống chuyển động trong graphene nhanh hơn nhiều so với trong những chất liệu khác. Đồng thời, graphene còn hấp thụ ánh sáng rất tốt trên một ngưỡng bước sóng rất rộng, từ vùng khả kiến cho đến hồng ngoại. Tính chất này không giống với những chất bán dẫn III-V, chúng không hoạt động trên một ngưỡng rộng như thế.

Bất chấp những ưu điểm này, graphene vẫn chịu một nhược điểm lớn – các electron và lỗ trống tạo ra trong khối vật liệu thường tái kết hợp lại quá nhanh, nghĩa là không có electron tự do để mang dòng điện.

Nhưng nay Phaedon Avouris cùng các đồng nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu IBM TJ Watson ở New York vừa khắc phục được vấn đề này bởi việc phân tách các cặp electron-lỗ trống, sử dụng những điện trường nội sao cho các electron và lỗ trống tách rời nhau ra.

Tách rời các electron và lỗ trống

Các nhà nghiên cứu làm được như vậy bằng cách đặt các điện cực palladium hoặc titanium lên trên một miếng graphene đa lớp hoặc đơn lớp. Những “ngón tay” kim loại, có những chức năng hoạt động khác nhau, tạo ra điện trường tại lớp tiếp giáp giữa các điện cực và graphene. Điện trường đó phân tách có hiệu quả các electron và lỗ trống, và một dòng quang được tạo ra khi chiếu ánh sáng lên trên dụng cụ.

“Trong sự sắp xếp này, các trường ‘cài sẵn’ thu được tác dụng lên toàn bộ diện tích của dụng cụ”, Avouris giải thích. “Ngoài ra, chúng tôi không cần áp dụng một thế hiệu dịch cho dụng cụ để hoạt động, đồng thời nó cũng cho phép chúng tôi loại trừ sự nhiễu không mong muốn”.

Hiện nay, quang detector graphene trên có thể đạt tới việc phát hiện không sai sót những dòng dữ liệu quang ở tốc độ 10 Gbit/s, một con số khá tốt so với tốc độ của những mạng quang cấu tạo gồm những chất liệu khác, như các chất bán dẫn III-V.

Đội khoa học IBM hiện đang nghiên cứu việc tối ưu hóa hiệu suất của quang detector trên và tích hợp nó với những dụng cụ quang khác. “Chúng tôi hi vọng những mạch quang điện tử tích hợp gốc graphene có thể tìm thấy nhiều ứng dụng đa dạng”, Avouris phát biểu với physicsworld.com.  Quang detector graphene sẽ đặc biệt có tính cạnh tranh trong vùng bước sóng dài của phổ điện từ và đối với những phép đo cực nhanh”.

Công trình được báo cáo trên tờ Nature Photonics.

Theo physicsworld.com


Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 52)
22/05/2019
Vụ Nổ Lớn Nguồn gốc của lí thuyết Vụ Nổ Lớn (Big Bang) nằm ở thực tế chính không gian đang dãn nở. Nếu Vũ trụ hiện
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 51)
22/05/2019
Lí thuyết nhiễu loạn Trong khi các nhà vật lí có thể tính ra nghiệm cho các toán tử Hamiltonian tương ứng với, nói ví dụ,
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 4)
22/05/2019
SỰ TRỖI DẬY CỦA TÊN LỬA V-2 Dưới sự lãnh đạo của von Braun, các công thức trên giấy và bản phác thảo của Tsiolkovsky
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 3)
22/05/2019
PHẦN I: RỜI TRÁI ĐẤT – LEAVING THE EARTH Bất cứ ai ngồi trên đỉnh của hệ thống nạp đầyu nhiên liệu hydro-oxygen lớn nhất
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 50)
21/05/2019
Nguyên lí tương ứng Cơ học lượng tử giải quyết vật lí học của cái rất nhỏ và, như chúng ta thấy, hành trạng lượng
Từ trường của vũ trụ vô cùng yếu
20/05/2019
Từ trường của toàn bộ vũ trụ yếu hơn 2,5 tỉ lần so với của một nam châm tủ lạnh, theo một phân tích mới. “Xét theo
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 4)
20/05/2019
TỪ TÍNH TRONG NÃO Trong thập kỷ qua, nhiều thiết bị công nghệ cao mới đã bước vào bộ công cụ của các nhà thần kinh học,
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 3)
20/05/2019
MRI: CỬA SỔ NHÌN VÀO TRONG BỘ NÃO Để hiểu lý do tại sao công nghệ mới triệt để này đã giúp giải mã bộ não đang suy

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com