Il rilevamento ultrarapido della luce è oggi al centro dei sistemi di comunicazione ottica. Spinto dall'Internet delle cose e dal 5G, la larghezza di banda della comunicazione dati sta crescendo in modo esponenziale, richiedendo così rivelatori ottici ancora più veloci che possono essere integrati in circuiti fotonici.

Nel recente lavoro pubblicato oggi in Nanotecnologia della natura , il gruppo di ricerca guidato dal Prof all'ICFO Frank Koppens ha dimostrato che un cristallo bidimensionale, combinato con grafene, ha la capacità di rilevare impulsi ottici con una risposta più veloce di dieci picosecondi, mantenendo un'elevata efficienza. Utilizzando impulsi laser ultraveloci, i ricercatori hanno mostrato una velocità di foto-risposta record per un'eterostruttura fatta di materiali bidimensionali. Questi nuovi materiali stanno guadagnando sempre più attenzione grazie alla loro sorprendente e ricca varietà di proprietà.

Un importante vantaggio di questi dispositivi basati su grafene e altri materiali bidimensionali è che possono essere integrati monoliticamente con la fotonica del silicio consentendo una nuova classe di circuiti integrati fotonici. Sebbene questo studio si sia concentrato sulle proprietà intrinseche del dispositivo di fotorilevamento, il prossimo passo è sviluppare un prototipo di circuito fotonico ed esplorare modi per migliorare la produzione su larga scala di questi dispositivi.

Mentre il Prof. Frank Koppens commenta "È notevole come un materiale di pochi nanometri di spessore possa avere prestazioni così elevate", Il ricercatore ICFO Mathieu Massicotte e primo autore di questo studio afferma che "Tutti sapevano che il grafene poteva produrre fotorivelatori ultraveloci, ma i relativi cristalli bidimensionali erano ancora molto indietro. Nel nostro lavoro dimostriamo che unendo questi due materiali, possiamo ottenere un fotorilevatore che non è solo ultraveloce ma anche altamente efficiente."

I risultati ottenuti da questo studio hanno mostrato che l'impilamento di materiali 2D semiconduttori con grafene in eterostrutture potrebbe portare a nuovi, applicazioni optoelettroniche veloci ed efficienti, come i sistemi di comunicazione integrata ad alta velocità.