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技術丨石墨烯薄片可做超快速的計時表
更新時間:2015-12-28 瀏覽數:
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) 的科學家與來自美國和德國的同事們合作開發了一種新的石墨烯光學探測器,它對各種不同波長的入射光的反應都非常迅速,甚至在室溫下也能工作。這是首次單個檢測器監測的頻譜范圍能夠從可見光延伸到紅外輻射并一直到兆赫茲輻射。HZDR的科學家們已經開始將新的石墨烯探測器用于激光系統的精確同步。

碳 化硅石墨烯基體上伸出外觀上比較前衛的天線,這就是新的石墨烯檢測器。之前再沒有類似系統的單探測器,這種相對簡單且廉價的結構可以監測巨大的光譜范圍, 從可見光一直到兆赫茲輻射?!芭c其它半導體對照,像硅或砷化鎵,石墨烯具有很寬的光吸收峰,并將光子能量轉換成電信號。我們只需要一個寬波段天線和合適的 襯底來創造理想的條件”,HZDR研究所,束物理與材料科學院的物理學家Stephan Winnerl博士解釋道。

早 在2013年,Martin Mittendorff還在HZDR做博士研究生的時候,發現了石墨烯探測器?,F在,他在馬里蘭大學做博士后,他與德累斯頓的同事和來自馬爾堡,里根斯堡 和達姆施塔特的科學家一起完善了它。工作原理:石墨烯片和天線組件吸收光線,在石墨烯中將光子的能量傳遞給電子。這些“熱電子”增加檢測器的電阻,因而產 生快速的電信號。該探測器可以在短短40皮秒內記錄入射光——這是十億分之一秒。

通 過碳化硅襯底實現寬光譜基材的選擇,現在已被證明是改善小光陷阱的關鍵環節。Stephan Winnerl 解釋說“過去使用的半導體基板只吸收特定波長范圍內的光,但碳化硅在該光譜范圍內并不吸收光子?!比缓筮€有一個天線,它的作用就像一個捕捉長波紅外和兆赫 茲輻射的漏斗。

因此,科學家們能夠將光譜范圍提高到前代模型90倍,使得檢測的最短波長比最長的小1,000倍。通過比較,紅光,它是人眼可見的最長的波長,僅僅只是肉眼可見光譜中最短波長紫外光波長的兩倍。

這 種通用型光學檢測器已經在HZDR被用于使ELBE中心的兩臺大功率自由電子激光輻射源與其他激光器保持精準同步。這種校準對于“激發-探測”實驗是特別 重要的,就如同它的名字,其中研究員采取一個激光器激發一種材料(“激發”),然后使用第二個具有不同波長的激光器測量(“探測”)。

對于這樣的實驗激光脈沖必須被精確地同步。因此,科學家們使用石墨烯探測器作為秒表。當激光脈沖達到它們的目標時它會顯示出來,同時大帶寬有助于防止檢測器成為錯誤的潛在來源。另一個優點是,所有的測量都可以在室溫下進行,避免其它檢測器需要的昂貴且費時的氮氣或氦氣冷卻的過程。
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