Il rilevamento e il controllo della luce sono al centro di molte applicazioni dei dispositivi moderni, come le fotocamere degli smartphone. L'utilizzo del grafene come materiale fotosensibile per i rilevatori di luce può offrire 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, per progettare correttamente i rilevatori di luce a base di grafene è fondamentale comprendere i processi che avvengono all'interno del grafene dopo che ha assorbito la luce.

I ricercatori di Magonza Dr. Hai Wang, Professor Dmitry Turchinovich, Professor Mathias Kläui, e il professor Mischa Bonn, in collaborazione con scienziati di vari laboratori europei, ora sono riusciti a comprendere questi processi. Il progetto è stato guidato dal Dr. Klaas-Jan Tielrooij dell'ICFO in Spagna, che è stato recentemente eletto visiting professor presso la Graduate School of Excellence di Materials Science di Mainz (MAINZ).

Pubblicato di recente in Progressi scientifici , il loro lavoro fornisce una spiegazione approfondita del perché la conduttività del grafene in alcuni casi aumenta dopo l'assorbimento della luce mentre in altri diminuisce. I ricercatori sono stati in grado di dimostrare che questo comportamento è correlato al modo in cui l'energia dalla luce assorbita fluisce verso gli 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 con molti elettroni liberi presenti, il riscaldamento ultraveloce degli elettroni porta a portatori con energia elevata, cosiddetti vettori caldi. Questo, a sua volta, porta ad una diminuzione della conducibilità. Abbastanza interessante, per il grafene debolmente drogato con meno elettroni liberi, il riscaldamento degli elettroni porta alla creazione di ulteriori elettroni liberi e, così, un aumento della conducibilità. Questi vettori aggiuntivi sono il risultato diretto della natura gapless del grafene. Nei materiali interrotti, 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 ha assorbito, cioè., un fotone, può indirettamente generare più di un elettrone libero aggiuntivo e quindi creare una fotorisposta efficiente all'interno di un dispositivo.

I risultati della carta e, 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.