Gli scienziati del MIPT e i loro colleghi dal Giappone e dagli Stati Uniti hanno calcolato i parametri dei fotorivelatori composti da strati di grafene e una combinazione di fosforo nero e arsenico nero. Questi sensori sono in grado di rilevare radiazioni con energia inferiore al band gap degli strati costituenti senza grafene. È anche facile modificarli per aumentare la loro sensibilità alla lunghezza d'onda della luce richiesta. Tali sensori potrebbero sostituire i rilevatori di radiazioni nel lontano infrarosso e terahertz. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Ottica Express .

I nuovi sensori andranno a beneficio di molte aree della scienza e della tecnologia. La banda del lontano infrarosso è sostanziale sia per le applicazioni domestiche che per la scienza fondamentale. Queste onde sono emesse dalla polvere cosmica, il cui studio rivela l'evoluzione delle galassie. I sensori di luce a infrarossi sono utilizzati nelle apparecchiature per la visione notturna, controlli remoti, missili a ricerca, e sensori di battito cardiaco. Le radiazioni Terahertz offrono un'alternativa meno pericolosa agli scanner a raggi X per bagagli.

I ricercatori qui hanno preso in considerazione fotorivelatori interbanda nel lontano infrarosso basati su un monostrato di grafene. Il grafene era circondato da strati di fosforo nero e arsenico nero in proporzioni variabili. Modificando il rapporto di queste sostanze, è possibile spostare il campo di lavoro del fotorilevatore. Le energie inaccessibili agli elettroni nel fosforo nero e nell'arsenico sono diverse. Il rivelatore opera registrando un elettrone o una lacuna che entra nella banda di conduzione del fosforo nero o dell'arsenico in seguito a una transizione tra due bande di energia del grafene. Però, gli effetti della temperatura fanno sì che i sensori a infrarossi e terahertz rilevino il segnale anche "al buio, " in assenza di radiazioni. Le strutture stratificate esaminate nello studio sono risultate subire una corrente oscura molto inferiore rispetto a quelle utilizzate oggi.

"Abbiamo calcolato i parametri degli elementi sensibili alla luce per il rilevamento dell'infrarosso lontano sulla base di un monostrato di grafene. Tali dispositivi possono sostituire quasi tutti i sensori di radiazione nell'infrarosso lontano e terahertz utilizzati oggi. La diminuzione della corrente di buio e l'elevata fotosensibilità migliorano significativamente il segnale -rumore anche per radiazioni di bassa intensità Applicando una tensione accuratamente calibrata, il range di lavoro dei rilevatori può essere modificato senza alterare la qualità di ricezione del segnale. Tali sensori potrebbero migliorare le prestazioni dei telescopi a infrarossi. Secondo i calcoli, ad alte temperature i rilevatori produrranno un segnale molto più pulito rispetto ai rilevatori utilizzati ora, "aggiunge Victor Ryzhii, il responsabile del Laboratorio Materiali e Nanodispositivi 2-D.