ساخت شناساگر نوری حساس با استفاده از گرافن

پژوهشگران دانشگاه مریلند نوع جدیدی شناساگر مادون قرمز را ساختند که می‌تواند در حوزه‌های مختلف از آن استفاده کرد. این حسگر یک بلومتر الکترونی است که از آن می‌توان در شناسایی مواد شیمیایی، سلاح‌های بیوشیمیایی از فاصله دور، تصویربرداری‌های امنیتی نظیر اسکنرهای بدن در فرودگاه و همچنین بهبود دستگاه‌های آنالیزی و تلسکوپ‌ها استفاده کرد.

پژوهشگران دانشگاه مریلند نوع جدیدی
شناساگر مادون قرمز را ساختند که می‌تواند در حوزه‌های مختلف از آن استفاده
کرد. این حسگر یک بلومتر الکترونی است که از آن می‌توان در شناسایی مواد
شیمیایی، سلاح‌های بیوشیمیایی از فاصله دور، تصویربرداری‌های امنیتی نظیر
اسکنرهای بدن در فرودگاه و همچنین بهبود دستگاه‌های آنالیزی و تلسکوپ‌ها
استفاده کرد.

در این پروژه که به رهبری مایکل فوهرر و دنیس درو انجام شده است یک بلومتر
جدید با استفاده از گرافن دو لایه ساخته شده است. از آنجایی که در این
بلومتر از گرافن استفاده شده بنابراین انتظار می‌رود که نسبت به طیف وسیعی
از طول موج‌ها از فرکانس‌های تراهرتز گرفته تا مادون قرمز و نور مرئی حساس
باشد.

بلومتر الکترون داغ گرافن، یک شناساگر حساس، سریع و با نویز کم می‌باشد این
شناساگر قادر است به‌طور ویژه طول موج‌های پایین‌تر از حد میلیمتر را که
شناسایی آن دشوار است، شناسایی کند. از آنجایی که این فوتون‌ها توسط
مولکول‌های بین ستاره‌ای سرد منتشر می‌شوند، می‌توان با شناسایی آنها به
مطالعه مراحل اولیه تشکیل ستاره‌ها و کهکشان‌ها پرداخت. دانشمندان همیشه
به‌دنبال حسگرهای حساس به امواج زیر میلیمتر هستند تا با کمک آنها انتقال
قرمز و جرم کهکشان‌ها را تعیین کنند با این کار می‌توان انرژی سیاه را
مطالعه کرده و ساختار کیهان را مورد بررسی قرار دهند.

بیشتر شناساگرهای فوتونی مبتنی بر نیمه‌هادی‌ها هستند. نیمه‌هادی‌ها موادی
هستند که در ساختار آنها محدوده‌ای از انرژی وجود دارد که الکترون‌ها مجاز
به اشغال آن نیستند به این محدوده، باند گپ گفته می‌شود. الکترون‌ها در
نیمه‌هادی می‌توانند فوتون‌هایی با انرژی بیشتر از باندگپ را جذب کنند. این
ویژگی موجب می‌شود تا بتوان از آنها در ادواتی نظیر پیل‌ها فتوولتائیک
استفاده کرد.

 

 
گرافن دارای باندگپ صفر است بنابراین تمام
محدوده‌های انرژی را جذب می‌کند. از این رو گرافن می‌تواند فوتون‌هایی با
انرژی بسیار کم نظیر مادون قرمز و تراهرتز را جذب کند. پژوهشگران دانشگاه
مریلند از این مزایایی گرافن استفاده کرده تا بلومتر الکترون داغ بسازند.
این کار با تغییر مقاومت گرافن انجام می‌شود که در نتیجه آن الکترون‌ها گرم
می‌شوند.

مقاومت گرافن مستقل از دما است که این موضوع برای ساخت بلومتر خوب نیست
پژوهشگران برای رفع این مشکل میدان الکتریکی به گرافن اعمال کردند که در
نتیجه آن یک باند گپ بسیار کوچک در گرافن ایجاد می‌شود با این کار مقاومت
به گرما وابسته می‌شود.

تیم تحقیقاتی دانشگاه مریلند نتایج یافته‌های خود را در نشریه Nature
Nanotechnology به چاپ رساندند.