Les scientifiques du MIPT et leurs collègues du Japon et des États-Unis ont calculé les paramètres de photodétecteurs composés de couches de graphène et d'une combinaison de phosphore noir et d'arsenic noir. Ces capteurs sont capables de détecter un rayonnement avec une énergie inférieure à la bande interdite des couches constitutives sans graphène. Il est également facile de les modifier afin d'augmenter leur sensibilité à la longueur d'onde de la lumière requise. De tels capteurs pourraient remplacer les détecteurs de rayonnement infrarouge lointain et térahertz. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Optique Express .

Les nouveaux capteurs profiteront à de nombreux domaines de la science et de la technologie. La bande infrarouge lointain est importante à la fois pour les applications domestiques et pour la science fondamentale. Ces ondes sont émises par la poussière cosmique, dont l'étude révèle l'évolution des galaxies. Les capteurs de lumière infrarouge sont utilisés dans les équipements de vision nocturne, télécommandes, missiles à tête chercheuse, et des capteurs de rythme cardiaque. Le rayonnement térahertz offre une alternative moins dangereuse aux scanners de bagages à rayons X.

Les chercheurs ont ici envisagé des photodétecteurs interbandes infrarouge lointain basés sur une monocouche de graphène. Le graphène était entouré de couches de phosphore noir et d'arsenic noir dans des proportions variables. En changeant le rapport de ces substances, il est possible de décaler la plage de travail du photodétecteur. Les énergies inaccessibles aux électrons dans le phosphore noir et l'arsenic sont différentes. Le détecteur fonctionne en enregistrant un électron ou un trou entrant dans la bande de conduction du phosphore noir ou de l'arsenic suite à une transition entre deux bandes d'énergie du graphène. Cependant, les effets de la température font que les capteurs infrarouges et térahertz détectent le signal même "dans l'obscurité, " en l'absence de rayonnement. Les structures en couches examinées dans l'étude se sont avérées subir un courant d'obscurité beaucoup plus faible que dans celles utilisées aujourd'hui.

« Nous avons calculé les paramètres des éléments sensibles à la lumière pour la détection dans l'infrarouge lointain sur la base d'une monocouche de graphène. De tels dispositifs peuvent remplacer presque tous les capteurs de rayonnement infrarouge lointain et térahertz utilisés aujourd'hui. La diminution du courant d'obscurité et la haute photosensibilité améliorent considérablement le signal -rapport sur bruit même pour les rayonnements de faible intensité.En appliquant une tension soigneusement calibrée, la plage de fonctionnement des détecteurs peut être modifiée sans affecter la qualité de réception du signal. De tels capteurs pourraient améliorer les performances des télescopes infrarouges. D'après les calculs, à des températures élevées, les détecteurs produiront un signal beaucoup plus propre que les détecteurs utilisés actuellement, " ajoute Victor Ryjii, le responsable du Laboratoire Matériaux 2D et Nanodispositifs.