西班牙和美國科學(xué)家合作研制出一種基于石墨烯的光電探測器轉(zhuǎn)化儀，其能在不到50飛秒（1秒的一千萬億分之一）的時間內(nèi)將光轉(zhuǎn)化為電信號，幾乎接近光電轉(zhuǎn)化速度的極限，將大力助推多個領(lǐng)域的發(fā)展。
高效的光電轉(zhuǎn)化技術(shù)，因為能讓光所攜帶的信息轉(zhuǎn)化成可在電子電路中進行處理的電信號，在從照相機到太陽能電池等多個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，也是數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用的重要支撐。盡管石墨烯是一種擁有極高光電轉(zhuǎn)化效率的材料，但此前科學(xué)家們并不知道其對超短光脈沖的反應(yīng)究竟有多快。
現(xiàn)在，由西班牙光子科學(xué)研究所的研究員弗朗克·科朋斯教授、加泰羅尼亞高等研究院的尼爾克·范·赫斯特、美國麻省理工學(xué)院的帕博羅·加里洛-赫耶羅，以及加州大學(xué)河濱分校物理系教授劉津?qū)帲ㄒ糇g）領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊研制出了這種基于石墨烯的光電探測器轉(zhuǎn)化儀，其能在不到50飛秒的時間內(nèi)將光轉(zhuǎn)化為電，將光電轉(zhuǎn)化速度推到了極限。最新研究已發(fā)表在近期出版的《自然·納米技術(shù)》雜志上。
為了做到這一點，研究人員使用了超快的脈沖激光激發(fā)以及超高靈敏度的電子讀出方法。研究人員克拉斯-揚·泰爾說：“這一實驗的獨特之處在于，將從單分子超快光子學(xué)所獲得的超快脈沖成型技術(shù)與石墨烯電子技術(shù)完美結(jié)合在一起，再加上石墨烯的非線性光—熱電反應(yīng)，使科學(xué)家們能在如此短的時間內(nèi)將光轉(zhuǎn)化為電信號。”
研究人員稱，由于石墨烯內(nèi)所有導(dǎo)帶載流子之間存在著超快且超高效的關(guān)聯(lián)，在石墨烯內(nèi)快速制造出光電壓是可能的。這種相互關(guān)聯(lián)使他們可以采用一種不斷升高的電子溫度，快速制造出一種電子分布。如此一來，從光吸收的能量能被有效且快速地轉(zhuǎn)變成電子的熱量。隨后，在擁有兩種不同摻雜的兩個石墨烯區(qū)域的交界處，電子的熱量被轉(zhuǎn)變成電壓。實驗結(jié)果表明，這種光熱電效應(yīng)幾乎同時出現(xiàn)，被吸收的光可以快速轉(zhuǎn)變成電信號。
研究人員表示，最新研究打開了一條通往超快光電轉(zhuǎn)化的新通路。科朋斯強調(diào)說：“石墨烯光電探測器擁有令人驚奇的性能，可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域。”
探測器就如同眼睛，光電轉(zhuǎn)化器件就像眼中的感光細胞，細胞的靈敏程度決定了眼睛看到的世界的模樣，也決定了大腦對世界的理解程度。對光電探測器尤其是需要精密測量的實驗室儀器來說，甚至飛秒級的誤差都可能得出差之毫厘謬以千里的結(jié)果。本研究讓石墨烯再一次帶來驚喜，將光電轉(zhuǎn)化速度推到了極限，從而能夠獲得最快速的響應(yīng)，才能盡可能降低干擾因素，讓我們對從粒子世界到宇宙空間都看得更清楚，算得更精確，想得更明白。
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