In un recente studio, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo fotorilevatore abilitato al grafene che opera a temperatura ambiente, è molto sensibile, veloce, ha un'ampia gamma dinamica, e copre un'ampia gamma di frequenze THz. I ricercatori hanno raggiunto una solida comprensione di come l'effetto PTE dia origine a una fotorisposta indotta da THz, che è prezioso per un'ulteriore ottimizzazione del rivelatore.

Il rilevamento della luce terahertz (THz) è estremamente utile per due motivi principali:primo, La tecnologia THz sta diventando un elemento chiave nelle applicazioni riguardanti la sicurezza (come gli scanner aeroportuali), comunicazione dati wireless e controllo qualità, per citarne solo alcuni. Però, gli attuali rilevatori di THz hanno dei limiti, compreso il soddisfacimento simultaneo dei requisiti di sensibilità, velocità, gamma spettrale, e funzionante a temperatura ambiente. Secondo, la luce terahertz è un tipo di radiazione molto sicuro grazie ai suoi fotoni a bassa energia, con un'energia più di 100 volte inferiore a quella dei fotoni nella gamma della luce visibile.

I materiali a base di grafene sono utili per rilevare la luce. Il grafene non ha bandgap, rispetto ai materiali standard utilizzati per il fotorilevamento, come il silicio. Il bandgap in silicio impedisce l'assorbimento, e quindi rilevamento, di luce incidente con lunghezze d'onda superiori a un micron. In contrasto, per il grafene, anche la luce terahertz con una lunghezza d'onda di centinaia di micron può essere assorbita e rilevata. I rilevatori di Hz basati sul grafene hanno mostrato risultati promettenti, ma nessuno è ancora efficace quanto i rilevatori disponibili in commercio in termini di velocità e sensibilità.

In un recente studio, I ricercatori ICFO Sebastián Castilla e il Dr. Bernat Terres, guidato dal Prof. ICREA presso ICFO Frank Koppens e dall'ex scienziato ICFO Dr. Klaas-Jan Tielrooij, e una collaborazione internazionale di ricercatori, hanno saputo vincere queste sfide. Hanno sviluppato un nuovo fotorilevatore abilitato al grafene che opera a temperatura ambiente, ed è molto sensibile, veloce, ha un'ampia gamma dinamica, e copre un'ampia gamma di frequenze THz.

Nel loro esperimento, gli scienziati hanno ottimizzato il meccanismo di fotorisposta di un fotorilevatore THz. Hanno integrato un'antenna a dipolo nel rilevatore per concentrare la luce THz incidente intorno alla regione del gap dell'antenna. Realizzando uno spazio per l'antenna di 100 nanometri, sono stati in grado di ottenere una concentrazione di grande intensità di luce incidente THz nella regione fotoattiva del canale del grafene. Hanno osservato che la luce assorbita dal grafene crea portatori caldi in corrispondenza di una giunzione pn nel grafene; successivamente, i coefficienti di Seebeck disuguali nelle regioni p e n producono una tensione locale e una corrente attraverso il dispositivo generando una fotorisposta molto ampia, determinando così un'elevata sensibilità, rivelatore di risposta ad alta velocità con un'ampia gamma dinamica e un'ampia copertura spettrale.

I risultati di questo studio potrebbero contribuire allo sviluppo di un sistema di fotocamere completamente digitale a basso costo, economico quanto la fotocamera all'interno dello smartphone, poiché tale rivelatore ha un consumo energetico molto basso ed è completamente compatibile con la tecnologia CMOS.