Les photodétecteurs fabriqués à partir de graphène peuvent traiter et conduire des signaux lumineux ainsi que des signaux électriques extrêmement rapidement. En quelques picosecondes, la stimulation optique du graphène génère un photocourant. Jusqu'à maintenant, aucune des méthodes disponibles n'était assez rapide pour mesurer ces processus dans le graphène. Scientifiques de la Technische Universitaet Muenchen, Allemagne, a maintenant développé une méthode pour mesurer la dynamique temporelle de ce courant photo. De plus, ils ont découvert que le graphène peut émettre un rayonnement térahertz.

Le graphène laisse une impression plutôt modeste à première vue. Le matériau ne comprend que des atomes de carbone ordonnés dans un "tapis" monocouche. Encore, ce qui rend le graphène si fascinant pour les scientifiques, c'est sa conductivité extrêmement élevée. Cette propriété est particulièrement utile dans le développement de photodétecteurs. Ce sont des composants électroniques capables de détecter les rayonnements et de les transformer en signaux électriques.

La conductivité extrêmement élevée du graphène incite les scientifiques à l'utiliser dans la conception de photodétecteurs ultra-rapides. Cependant, jusqu'à maintenant, il n'a pas été possible de mesurer le comportement optique et électronique du graphène par rapport au temps, c'est-à-dire combien de temps il faut entre la stimulation électrique du graphène et la génération du photocourant respectif.

Alexander Holleitner et Leonhard Prechtel, des scientifiques du Walter Schottky Institut de la TU Muenchen et des membres du Cluster of Excellence Nanosystems Initiative Munich (NIM), décidé de poursuivre cette question. Les physiciens ont d'abord développé une méthode pour augmenter la résolution temporelle des mesures de photocourant dans le graphène dans la plage de la picoseconde. Cela leur a permis de détecter des impulsions aussi courtes que quelques picosecondes. (À titre de comparaison :un faisceau lumineux se déplaçant à la vitesse de la lumière a besoin de trois picosecondes pour se propager d'un millimètre.)

L'élément central des photodétecteurs inspectés est du graphène en suspension libre intégré dans les circuits électriques via des contacts métalliques. La dynamique temporelle du photocourant a été mesurée au moyen de lignes à bandes coplanaires évaluées à l'aide d'une procédure spéciale de spectroscopie laser à résolution temporelle - la technique pompe-sonde. Une impulsion laser excite les électrons dans le graphène et la dynamique du processus est surveillée à l'aide d'un deuxième laser. Avec cette technique, les physiciens ont pu surveiller avec précision comment le photocourant dans le graphène est généré.

À la fois, les scientifiques ont pu profiter de la nouvelle méthode pour faire une autre observation :ils ont trouvé des preuves que le graphène, lorsqu'il est stimulé optiquement, émet un rayonnement dans la gamme térahertz (THz). Cela se situe entre la lumière infrarouge et le rayonnement micro-ondes dans le spectre électromagnétique. La particularité du rayonnement THz est qu'il présente des propriétés partagées par les deux gammes de fréquences adjacentes :il peut être groupé comme un rayonnement de particules, mais pénètre toujours dans la matière comme des ondes électromagnétiques. Cela le rend idéal pour les tests de matériaux, pour le criblage de colis ou pour certaines applications médicales.