Ученые нашли еще одно применение «волшебному» графену. Теперь его будут использовать и в инфракрасных датчиках

Совместно с учеными из Японии и США пытливые российские физтехи рассчитали параметры фотоприемников из слоев графена и смеси черных фосфора и мышьяка.
Один из авторов работы, завлаб МФТИ В. Рыжий отметил, что ученые рассчитали параметры изготовленных на основе графенового монослоя светочувствительных элементов, способных уловить дальний инфракрасный свет.
Преимущества таких сенсоров:

• способны улавливать излучение с энергией меньше запрещенной зоны этих слоев без графена;
• легко модифицируются для увеличения чувствительности к нужной длине волны света;
• могут заменить любые приемники дальнего инфракрасного и терагерцового излучения.

Графен - это одинарный слой углерода, атомы которого соединены между собой структурой химических связей, напоминающих структуру пчелиных сот.
Выходцы из России К. Новоселов и А. Гейм в 2010 г. получили за открытие графена Нобелевскую премию по физике.

Впоследствии оказалось, что графен не только имеет полезные свойства, которых нет у других форм углерода, но и особенности, которые мешают применять его на практике.
Так, ученые столкнулись с проблемой при попытке превратить материал в полноценный полупроводник.
Графен практически непригоден для изготовления электронных приборов, солнечных батарей, лазеров и источников света.
Ученые наносят различные примеси на графеновые листы, чтобы решить проблему, однако эта операция сложна с практической точки зрения и часто меняет различные свойства графена в худшую сторону.

Ученые из МФТИ решили эту проблему при помощи «бутерброда» из графена, черного фосфора и мышьяка.
Они дерзко рассмотрели межполосные фотоприемники дальнего инфракрасного излучения на основе одного графенового монослоя.
Черный фосфор и мышьяк представляют собой своеобразные аналоги графита, многослойные структуры, состоящие из множества плоских листов, которые образованы из атомов фосфора и мышьяка.
Оказалось, если сложить графен и тонкие листы из черного фосфора и мышьяка, характер взаимодействий первого с частицами света значительно поменяется.
Графен был окружен слоями из смеси черного фосфора и черного мышьяка в различных пропорциях.
Регулируя соотношение этих веществ, удалось сдвигать рабочий диапазон частот фотоприемника.
За счет изменения толщины 2^х внешних слоев этого «бутерброда» ученые смогли заставить структуру поглощать свет в очень широком диапазоне частот, в том числе и дальнее инфракрасное и терагерцовое излучение.
Черные фосфор и мышьяк имеют разные диапазоны энергий, недоступных для электронов.
Переход электрона (или дырки) из одной разрешенной зоны графена в другую с последующим выходом в зону проводимости черного фосфора или мышьяка регистрируется в подобном фотоприемнике.
Такие датчики имеют ряд преимуществ перед уже существующими:

• крайне низкий уровень помех и ложных срабатываний,
• рабочий диапазон легко изменить при необходимости, при этом избежав потери качества приема сигнала.
• сенсоры смогут использовать в инфракрасных телескопах, сигнал должен стать более чистым,
• из-за температурных эффектов в сенсорах инфракрасного и терагерцового диапазона регистрируется сигнал даже «в темноте», то есть без воздействия электромагнитных волн,
  
• в рассмотренных слоистых структурах такой темновой ток гораздо меньше, чем в используемых сегодня.