آشکارساز نوری فوق‌سریع و ژنراتور تراهرتز

آشکارسازهای نوری ساخته شده از گرافن می‌توانند با سرعت بسیار زیادی سیگنال‌های
نوری و الکتریکی را پردازش و هدایت کنند. بر اساس القای نوری، گرافن یک
جریان نوری در حد پیکوثانیه تولید می‌کند. تاکنون، هیچکدام از روش‌های
موجود برای اندازه‌گیری این فرآیندها در گرافن دارای سرعت کافی نبوده‌اند .
پروفسور الکساندر هولایتنر و دکتر لئونارد پریچتل، دانشمندانی از دانشگاه
صنعتی مونیخ، اکنون روشی برای اندازه‌گیری این جریان نوری ارائه کرده‌اند.

رسانایی واقعا بالای گرافن دانشمندان را به استفاده از آن در طراحی
آشکارسازهای نوری فوق‌سریع ترغیب می‌کند. با اینحال، تاکنون، اندازه‌گیری
رفتار الکترونیکی و نوری گرافن نسبت به زمان، یعنی اینکه چقدر زمان بین
تحریک الکتریکی گرافن و تولید جریان نوری مربوطه طول می‌کشد، امکان‌پذیر
نبوده است.

 
یک ورقه گرافنی باعث کش آمدن زیاد شکاف کوچک بین دو تماس فلزی می‌شود.
هولایتنر و همکارانش تصمیم به پیگیری این مسئله گرفتند. این فیزیکدانان ابتدا روشی
برای افزایش وضوح زمانی اندازه‌گیری‌های جریان نوری در گرافن در بازه زمانی
پیکوثانیه ارائه کردند. این کار به آنها اجازه آشکارسازی پالس‌هایی به کوتاهی چند
پیکوثانیه را می‌داد.

مولفه اساسی در این آشکارسازهای نوری آزمایشی یک گرافن معلق و آزاد است که در
مدارهای الکتریکی از طریق تماس‌های فلزی مجمتع شده است. دینامیک زودگذر این جریان
نوری با استفاده از خطوط نواری باصطلاح هم- صفحه، که با استفاده از یک روش طیف‌سنجی
لیزری با وضوح زمانی خاص (تکنیک پمپ- کاوشگر) ارزیابی شده بودند، اندازه‌گیری شد.
یک پالس لیزری الکترون‌های گرافن را تحریک می‌کند و دینامیک این فرآیند با استفاده
از یک لیزر ثانویه پایش می‌شود. با این تکنیک این فیزیکدانان قادر به پایش دقیق
چگونگی تولید جریان نوری در گرافن شدند.

این دانشمندان همچنین توانستند از مزایای این روش جدید برای انجام مشاهدات بیشتر
استفاده کنند: آنها شاهدی یافتند که گرافن، هنگامی که تحت القای نوری قرار می‌گیرد،
تابشی در بازه تراهرتز (THz) گسیل می‌کند. این تابش بین نور فروسرخ و تابش میکروموج
طیف الکترومغناطیسی قرار دارد. نکته ویژه در مورد تابش تراهرتز این است که می‌تواند
خواص مشترک هردو بازه فرکانسی همسایه را بنمایش بگذارد: آن می‌تواند مانند تابش
ذره‌ای کانونی شود و در عین حال مانند امواج الکترومغناطیسی در ماده نفوذ کند. این
خاصیت برای تست مواد، نمایش محتویات بسته‌ها و یا برای کاربردهای پزشکی خاص ایده‌آل
است.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Communications
منتشر کرده‌اند.