La détection et le contrôle de la lumière sont au cœur de nombreuses applications d'appareils modernes, tels que les appareils photo des smartphones. L'utilisation du graphène comme matériau photosensible pour les détecteurs de lumière peut offrir des améliorations significatives par rapport aux matériaux utilisés de nos jours. Par exemple, le graphène peut détecter la lumière de presque toutes les couleurs, et il donne une réponse électronique extrêmement rapide dans un délai d'un millionième de millionième de seconde. Ainsi, Afin de concevoir correctement des détecteurs de lumière à base de graphène, il est essentiel de comprendre les processus qui se déroulent à l'intérieur du graphène après avoir absorbé la lumière.

Les chercheurs basés à Mayence, le Dr Hai Wang, Professeur Dmitri Turchinovitch, Professeur Mathias Kläui, et le professeur Mischa Bonn, en collaboration avec des scientifiques de divers laboratoires européens, ont maintenant réussi à comprendre ces processus. Le projet a été dirigé par le Dr Klaas-Jan Tielrooij de ICFO en Espagne, qui a récemment été élu professeur invité à la Graduate School of Excellence de la science des matériaux de Mayence (MAINZ).

Publié récemment dans Avancées scientifiques , leur travail explique en détail pourquoi la conductivité du graphène augmente dans certains cas après l'absorption de la lumière alors qu'elle diminue dans d'autres. Les chercheurs ont pu montrer que ce comportement est en corrélation avec la manière dont l'énergie de la lumière absorbée circule vers les électrons du graphène :après que la lumière est absorbée par le graphène, les processus par lesquels les électrons du graphène se réchauffent se produisent extrêmement rapidement et avec une très grande efficacité.

Pour le graphène fortement dopé avec de nombreux électrons libres présents, le chauffage ultrarapide des électrons conduit à des porteurs d'énergie élevée, porteurs dits chauds. Cette, à son tour, conduit à une diminution de la conductivité. Assez intéressant, pour le graphène faiblement dopé avec moins d'électrons libres, le chauffage électronique conduit à la création d'électrons libres supplémentaires et, Donc, une augmentation de la conductivité. Ces transporteurs supplémentaires sont le résultat direct de la nature sans faille du graphène. Dans les matériaux écartelés, le chauffage par électrons ne conduit pas à des porteurs libres supplémentaires.

Ce scénario simple de chauffage électronique induit par la lumière dans le graphène peut expliquer de nombreux effets observés. En plus de décrire les propriétés conductrices du matériau après absorption de la lumière, cela peut expliquer la multiplication des porteurs, où, dans des conditions spécifiques, une particule lumineuse absorbée, c'est à dire., un photon, peut générer indirectement plus d'un électron libre supplémentaire et ainsi créer une photo-réponse efficace au sein d'un appareil.

Les résultats de l'article et, en particulier, comprendre avec précision les processus de chauffage électronique, signifiera certainement un grand coup de pouce dans la conception et le développement de la technologie de détection de la lumière à base de graphène.