Il rilevamento e il controllo della luce sono al centro di molte applicazioni dei dispositivi moderni, come le fotocamere dei telefoni. L'utilizzo del grafene come materiale sensibile alla luce per i rilevatori di luce offre miglioramenti significativi rispetto ai materiali utilizzati oggigiorno. Per esempio, il grafene può rilevare la luce di quasi tutti i colori, e fornisce una risposta elettronica estremamente rapida entro un milionesimo di milionesimo di secondo. Così, al fine di progettare correttamente rilevatori di luce a base di grafene, è fondamentale comprendere i processi che avvengono all'interno del grafene dopo che ha assorbito la luce.

Un team di scienziati europei è ora riuscito a comprendere questi processi. Pubblicato di recente in Progressi scientifici , il loro lavoro fornisce una spiegazione esauriente del perché, in alcuni casi, la conduttività del grafene aumenta dopo l'assorbimento della luce, e in altri casi, diminuisce. I ricercatori mostrano che questo comportamento è correlato al modo in cui l'energia dalla luce assorbita fluisce agli elettroni del grafene:dopo che la luce è stata assorbita dal grafene, i processi attraverso i quali gli elettroni del grafene si riscaldano avvengono in modo estremamente rapido e con un'efficienza molto elevata.

Per il grafene altamente drogato (dove sono presenti molti elettroni liberi), il riscaldamento ultraveloce degli elettroni porta a portatori con elevata energia - portatori caldi - che, a sua volta, porta ad una diminuzione della conducibilità. Abbastanza interessante, per il grafene debolmente drogato (dove non sono presenti così tanti elettroni liberi), il riscaldamento degli elettroni porta alla creazione di ulteriori elettroni liberi, e quindi un aumento della conducibilità. Questi vettori aggiuntivi sono il risultato diretto della natura gapless del grafene:in materiali gappati, il riscaldamento degli elettroni non porta a portatori liberi aggiuntivi.

Questo semplice scenario di riscaldamento degli elettroni indotto dalla luce nel grafene può spiegare molti effetti osservati. Oltre a descrivere le proprietà conduttive del materiale dopo l'assorbimento della luce, può spiegare la moltiplicazione del vettore, dove, in condizioni specifiche, una particella di luce assorbita (fotone) può generare indirettamente più di un elettrone libero aggiuntivo, e quindi creare una fotorisposta efficiente all'interno di un dispositivo.

I risultati della carta, in particolare, comprendere accuratamente i processi di riscaldamento degli elettroni, significherà sicuramente un grande impulso nella progettazione e nello sviluppo della tecnologia di rilevamento della luce basata sul grafene.