In un recente lavoro pubblicato su Comunicazioni sulla natura , un gruppo di ricerca guidato dal professore ICREA presso l'ICFO Frank Koppens dimostra un nuovo modo per rilevare fotoni a bassa energia utilizzando eterostrutture verticali realizzate impilando grafene e altri materiali semiconduttori 2D. Studiando la fotorisposta di questi sandwich atomicamente sottili, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile generare una corrente riscaldando gli elettroni nel grafene con luce infrarossa ed estraendo gli elettroni più caldi su una barriera di energia verticale.

Questo ingegnoso meccanismo, chiamato effetto fototermionico, sfrutta alcune proprietà ottiche uniche del grafene come il suo assorbimento a banda larga, risposta ultraveloce e sintonizzabilità del gate. Inoltre, grazie alla loro geometria verticale, i dispositivi che si basano su questo effetto utilizzano l'intera superficie del grafene e possono essere potenzialmente ridimensionati e integrati con piattaforme flessibili o rigide.

Più generalmente, questo studio rivela ancora una volta le straordinarie proprietà di queste eterostrutture artificiali. Secondo il prof. Frank Koppens, "Questa è solo la punta dell'iceberg. Questi sandwich 2D hanno ancora molto da rivelare". Il ricercatore ICFO Mathieu Massicotte, primo autore di questo studio, sottolinea le nuove possibilità aperte da questi nuovi materiali:"Tutti sanno che è possibile rilevare la luce con il grafene utilizzando geometrie nel piano, ma per quanto riguarda la direzione fuori piano? Rispondere, devi pensare fuori dagli schemi 2D!"

I risultati ottenuti da questo studio hanno dimostrato che le eterostrutture fatte di materiali 2D e grafene possono essere utilizzate per rilevare fotoni a bassa energia che potrebbero portare a nuovi, applicazioni optoelettroniche veloci ed efficienti, come i sistemi di comunicazione integrati ad alta velocità e la raccolta di energia a infrarossi. Inoltre, dimostra la compatibilità dei materiali 2D con i chip digitali attualmente utilizzati nelle fotocamere, aprendo la strada a spettrometri a infrarossi e sistemi di imaging a basso costo.