Grafeno no fotodetector de infravermelho

A primeira sala de temperatura, de alta sensibilidade do fotodetector de infravermelho foi projetada por uma equipe de pesquisadores nos EUA. O dispositivo baseia-se no grafeno, "material maravilhoso", e trabalha em todo o espectro infravermelho completo. O detector é fino, flexível e transparente, tornando-se altamente adequado para aplicações, incluindo eletrônicos vestíveis, de acordo com a equipe. Os investigadores estão atualmente a desenvolver uma câmera infravermelha através da construção de uma matriz com os fotodetectores de grafeno. Grafeno é uma camada de carbono com apenas um átomo de espessura e uma vez que foi isolado pela primeira vez em 2004, suas notáveis ​​propriedades eletrônicas e mecânicas têm sido estudadas por físicos em todo o mundo. Zhaohui Zhong, Ted Norris e seus colegas da Universidade de Michigan desenvolveram fotodetectores que podem levar vantagem das propriedades únicas dos materiais do grafeno, incluindo a sua capacidade de absorção de luz ultra-banda larga. Como o grafeno é um semimetal, é capaz de absorver a luz através de um espectro de largura - do ultravioleta ao infravermelho longínquo. Isto é diferente de fotodetectores convencionais, que são feitos a partir de semicondutores que só podem absorver a luz em comprimentos de onda específicos.

Do outro lado do espectro - Assim como em óculos de visão noturna, detectores infravermelhos têm uma variedade de outros usos: eles podem detectar fugas de calor, monitorar o fluxo de sangue e identificar certas substâncias químicas no ambiente. Eles podem até mesmo ser usado para estudar pinturas, olhando através de várias camadas de tinta para determinar as versões mais antigas de uma obra de arte. No entanto, os detectores exigem uma combinação de tecnologias para detectar com precisão o conjunto do espectro infravermelho. Na verdade, a detecção de radiação no infravermelho médio e infravermelho distante requer sensores para operar a temperaturas muito baixas, tornando-os pouco práticos para uso diário. Enquanto o grafeno tem sido utilizado anteriormente para se tornar fotodetectores, estes têm sido limitados pela sua fraca sensibilidade. Com a sua espessura de um átomo, o grafeno absorve apenas cerca de 2,3% da luz incidente sobre ele. "O desafio para a atual geração de detectores baseados em grafeno é que sua sensibilidade é geralmente muito pobre", diz Zhong. "É cem mil vezes menor do que exigiria um dispositivo comercial”. É essa sensibilidade que o projeto dos pesquisadores de Michigan foi extremamente melhorado.

Ganho do grafeno - O próprio dispositivo é feito de duas folhas de grafeno com uma camada de encapsulamento de barreira fina entre eles. Quando a luz atinge a camada superior do grafeno, ele cria elétrons "quentes" e buracos com alta energia. "Ao projetar as interfaces materiais corretamente, os elétrons quentes vão entrar no túnel através da camada de barreira para a camada de grafeno de fundo, deixando para trás buracos na camada de grafeno de cima carregados positivamente", explica Zhong. "Os buracos carregados positivamente podem produzir um efeito de propagação eletrostática e isso afeta a leitura atual da camada de grafeno de fundo." Medir a variação de corrente permite a equipe detectar o brilho da luz incidente no detector. Ao invés de tentar medir diretamente os elétrons liberados, Zhong e seus colegas configuraram o grafeno da camada do fundo como um transistor de efeito de campo, o que proporciona um ganho intrínseco para amplificar a pequena corrente e assim supera a baixa sensibilidade natural do grafeno. "Nós podemos fazer todo o projeto", diz Zhong. "Ele pode ser empilhado em uma lente de contato ou integrado com um telefone celular." Ele também pode ser reduzido ainda mais, e assim a equipe está atualmente trabalhando em fazer uma câmera infravermelha usando uma matriz composta pelos detectores - Zhong diz que o protótipo estará pronto em poucos anos. Ele também prevê a utilização de seus detectores em aplicações portáteis, porque eles poderiam ser integrados em lentes de contato ou olhos eletrônicos. "Mas, por enquanto, há muitos desafios científicos, materiais e de engenharia fundamentais que precisam ser abordados em primeiro lugar. Fazer uma câmera infravermelha será o primeiro passo", disse Zhong. por PGAPereira.