Dans un ouvrage récent publié dans Communication Nature , un groupe de recherche dirigé par le professeur ICREA à l'ICFO, Frank Koppens, démontre une nouvelle façon de détecter des photons de basse énergie à l'aide d'hétérostructures verticales réalisées en empilant du graphène et d'autres matériaux semi-conducteurs 2D. En étudiant la photo-réponse de ces sandwichs atomiquement minces, les chercheurs ont montré qu'il est possible de générer un courant en chauffant des électrons dans le graphène avec de la lumière infrarouge et en extrayant les électrons les plus chauds sur une barrière énergétique verticale.

Ce mécanisme ingénieux, appelé effet photothermionique, tire parti de certaines propriétés optiques uniques du graphène telles que son absorption à large bande, réponse ultrarapide et accordage de porte. De plus, en raison de leur géométrie verticale, les appareils reposant sur cet effet utilisent toute la surface du graphène et peuvent être potentiellement agrandis et intégrés à des plates-formes flexibles ou rigides.

Plus généralement, cette étude révèle une fois de plus les propriétés étonnantes de ces hétérostructures artificielles. Selon le professeur Frank Koppens, "Ce n'est que la pointe de l'iceberg. Ces sandwichs 2D ont encore beaucoup à révéler." chercheur ICFO Mathieu Massicotte, premier auteur de cette étude, souligne les nouvelles possibilités ouvertes par ces nouveaux matériaux :« Tout le monde sait qu'il est possible de détecter la lumière avec du graphène en utilisant des géométries dans le plan, mais qu'en est-il de la direction hors plan ? Répondre, vous devez sortir des sentiers battus en 2D !"

Les résultats obtenus à partir de cette étude ont montré que des hétérostructures constituées de matériaux 2D et de graphène peuvent être utilisées pour détecter des photons de basse énergie qui pourraient conduire à de nouveaux, applications optoélectroniques rapides et efficaces, tels que les systèmes de communication intégrés à haute vitesse et la récupération d'énergie infrarouge. En outre, il démontre la compatibilité des matériaux 2D avec les puces numériques actuellement utilisées dans les appareils photo, ouvrant la voie à des spectromètres infrarouges et des systèmes d'imagerie à faible coût.