اولین شناساگر نوری گرافنی

گروهی از محققان IBM، موفق به ساخت اولین شناساگر نوری گرافنی شده‌اند. از این
افزاره که قادر به شناسایی دقیق جریان‌های داده‌های نوری با سرعت ده‌گیگابیت بر
ثانیه است، می‌توان در ساخت انواع جدیدی از مدارات که برای پردازش و انتقال اطلاعات
نور و جریان الکتریکی استفاده می‌کنند؛ بهره برد.

شناساگرهای نوری افزاره‌هایی هستند که برای تبدیل سیگنال‌های نوری به جریان
الکتریکی، نور را شناسایی می‌کنند. آنها به‌طور گسترده در علم و فناوری، برای
ارتباطات، حسگری و تصویربرداری، به کار می‌روند. شناساگرهای مدرن معمولاً با
استفاده از نیمه‌رساناهای V- ІІІ از قبیل آرسنید گالیوم، ساخته‌ می‌‌شوند. با
برخورد نور به این مواد، هر فوتون جذب‌شده یک جفت الکترون- حفره را ایجاد می‌کند.سپس
این جفت‌ها جدا شده، یک جریان الکتریکی را تولید می‌کنند.

گرافن دارای خواص مکانیکی و فیزیکی بی‌نظیر بسیاری است که آن را برای شناسایی نور
مناسب می‌کند؛ یکی از آنها سرعت بسیار بالای الکترون‌ها و حفره‌ها در گرافن در
مقایسه با سرعتشان در مواد دیگر است. همچنین گرافن می‌تواند نور را در گستره‌ی
وسیعی از طول موج‌ها ـ از نور مرئی گرفته تا مادون ‌قرمز ـ به شکل بسیار مناسبی جذب
‌کند، این در حالی است که نیمه‌رساناهای V- ІІІ نمی‌توانند در چنین گستره‌ای از طول
موج‌ها کار کنند.

به‌‌رغم همه‌ی این مزایا، گرافن عیوبی نیز دارد، مثلاً‌ اینکه الکترون‌ها و
حفره‌های ایجاد‌شده در بالک این ماده، به‌صورت نرمال خیلی سریع بازترکیب می‌شوند
به این معنی که دیگر هیچ الکترون آزادی برای ایجاد جریان وجود ندارد؛ اما
اکنون پائدون آووریس و همکارانش در IBM با جداسازی این جفت‌های الکترون
حفره توانسته‌اند بر این مشکل غلبه کنند. آنها از میدان‌های الکتریکی درونی
طوری استفاده می‌کنند که الکترون‌ها و حفره از هم جدا می‌شوند.

آنها با قراردادن الکترودهای پالادیوم و تیتانیوم روی نوک قطعه‌ای از گرافن
تک‌لایه‌ای یا چند‌لایه‌ای، این کار را انجام دادند. این انگشت‌های فلزی که
عملکرد‌های متفاوتی دارند، در فصل مشترک بین این دو الکترود‌ و گرافن میدان‌های
الکتریکی تولید می‌کنند. این میدان‌ها به‌طور مؤثری الکترون‌ها و حفره‌ها
را از هم جدا می‌کنند و با تابش نور به این افزاره، یک جریان نوری تولید می‌شود.

آووریس توضیح می‌دهد: «این میدان‌های درونی روی تمام مساحت این افزاره عمل
می‌کنند. به علاوه، ما به استفاده از یک ولتاژ بایاس برای عمل‌کردن این
افزاره نیازی ندرایم و این به ما اجازه می‌دهد که نویز ناخواسته در همان
زمان را حذف کنیم.»

این شناساگر نور گرافنی قار به شناسایی بدون خطای جریان‌های داده‌های نوری
با سرعت‌های ده‌گیگابیت در ثانیه می‌باشد. این توانایی با عملکرد شبکه‌های
نوری ساخته‌شده با دیگر مواد مانند نیمه‌رساناهای V- ІІІ قابل مقایسه است.

نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nature Photonics منتشر شده‌است.