I fotorilevatori realizzati in grafene possono elaborare e condurre segnali luminosi e segnali elettrici in modo estremamente veloce. Entro picosecondi la stimolazione ottica del grafene genera una fotocorrente. Fino ad ora, nessuno dei metodi disponibili era abbastanza veloce da misurare questi processi nel grafene. Scienziati della Technische Universitaet Muenchen, Germania, ora sviluppato un metodo per misurare la dinamica temporale di questa fotocorrente. Inoltre hanno scoperto che il grafene può emettere radiazioni terahertz.

Il grafene lascia a prima vista un'impressione piuttosto modesta. Il materiale non comprende altro che atomi di carbonio ordinati in un "tappeto" monostrato. Ancora, ciò che rende il grafene così affascinante per gli scienziati è la sua conduttività estremamente elevata. Questa proprietà è particolarmente utile nello sviluppo di fotorivelatori. Si tratta di componenti elettronici in grado di rilevare le radiazioni e trasformarle in segnali elettrici.

La conduttività estremamente elevata del grafene ispira gli scienziati a utilizzarlo nella progettazione di fotorivelatori ultraveloci. Però, fino ad ora, non è stato possibile misurare il comportamento ottico ed elettronico del grafene rispetto al tempo, ovvero quanto tempo intercorre tra la stimolazione elettrica del grafene e la generazione della rispettiva fotocorrente.

Alexander Holleitner e Leonhard Prechtel, scienziati del Walter Schottky Institut della TU Muenchen e membri del Cluster of Excellence Nanosistemi Initiative Munich (NIM), deciso di approfondire questa domanda. I fisici hanno prima sviluppato un metodo per aumentare la risoluzione temporale delle misurazioni della fotocorrente nel grafene nell'intervallo dei picosecondi. Ciò ha permesso loro di rilevare impulsi di pochi picosecondi. (Per confronto:un raggio di luce che viaggia alla velocità della luce ha bisogno di tre picosecondi per propagarsi di un millimetro.)

L'elemento centrale dei fotorivelatori ispezionati è il grafene sospeso liberamente integrato nei circuiti elettrici tramite contatti metallici. La dinamica temporale della fotocorrente è stata misurata mediante le cosiddette strip line complanari che sono state valutate utilizzando una speciale procedura di spettroscopia laser risolta nel tempo:la tecnica della pompa a sonda. Un impulso laser eccita gli elettroni nel grafene e la dinamica del processo viene monitorata utilizzando un secondo laser. Con questa tecnica i fisici sono stati in grado di monitorare con precisione come viene generata la fotocorrente nel grafene.

Allo stesso tempo, gli scienziati potrebbero sfruttare il nuovo metodo per fare un'ulteriore osservazione:hanno trovato prove che il grafene, quando stimolato otticamente, emette radiazioni nell'intervallo dei terahertz (THz). Questo si trova tra la luce infrarossa e la radiazione a microonde nello spettro elettromagnetico. La particolarità della radiazione THz è che mostra proprietà condivise da entrambe le gamme di frequenza adiacenti:può essere raggruppata come radiazione particellare, eppure penetra ancora nella materia come le onde elettromagnetiche. Questo lo rende ideale per prove sui materiali, per pacchetti di screening o per determinate applicazioni mediche.