Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han demostrado un nuevo enfoque para modificar la absorción de luz y la capacidad de estiramiento de materiales bidimensionales 2D atómicamente delgados mediante ingeniería topográfica de superficie utilizando solo tensión mecánica. El sistema altamente flexible tiene potencial futuropara tecnología portátil y tecnología de detección óptica biomédica integrada cuando se combina con diodos emisores de luz flexibles.
"El aumento de la baja absorción de luz del grafeno en el rango visible es un requisito previo importante para sus amplias aplicaciones potenciales en fotónica y detección", explicó SungWoo Nam, profesor asistente de ciencias mecánicas e ingeniería en Illinois. "Este es el primer fotodetector extensible basado enexclusivamente en grafeno con fotoresponibilidad ajustable por tensión y selectividad de longitud de onda ".
El grafeno - una capa atómicamente delgada de átomos de carbono unidos hexagonalmente - ha sido ampliamente investigado en fotodetectores avanzados por su absorción de banda ancha, alta movilidad de portadores y flexibilidad mecánica. Debido a la baja capacidad de absorción óptica del grafeno, la investigación del fotodetector de grafeno hasta ahora se ha centradoen sistemas híbridos para aumentar la fotoabsorción. Sin embargo, dichos sistemas híbridos requieren un proceso de integración complicado y conducen a una movilidad de portadora reducida debido a las interfaces heterogéneas.
Según Nam, el elemento clave que permite una mayor absorción y capacidad de estiramiento requiere diseñar el material bidimensional en "estructuras arrugadas" tridimensionales 3D, aumentando la densidad de área del grafeno. La superficie 3D continuamente ondulada induce un aumento de la densidad de área aproduce una mayor absorción óptica por unidad de área, mejorando así la fotorrespuesta. La densidad de deformación, la altura y el tono se modulan por la tensión aplicada y el arrugamiento es completamente reversible durante el estiramiento y la liberación cíclicos, presentando una nueva capacidad de mejora de la fotoabsorción sintonizable por tensión y permitiendo unFotodetector de alta respuesta basado en una sola capa de grafeno.
"Logramos una mejora de la extinción óptica más que un orden de magnitud a través de la estructura 3D abrochada, lo que condujo a una mejora de aproximadamente el 400% en la fotorrespuesta", declaró Pilgyu Kang, y primer autor del artículo, "Crupheled GrapheneFotodetector con fotosensibilidad mejorada, ajustable por tensión y selectiva de longitud de onda ", que aparece en la revista Materiales avanzados . "La nueva fotorresponibilidad ajustable por deformación resultó en una modulación del 100% en la fotorrespuesta con una deformación aplicada del 200%. Al integrar el cristal fotónico coloidal - un filtro optomecánico ajustable por deformación - con el fotodetector de grafeno extensible, también demostramos unselectividad de longitud de onda ajustable por tensión única "
"Este trabajo demuestra un enfoque robusto para dispositivos fotodetectores de grafeno extensibles y flexibles", agregó Nam. "Somos los primeros en informar un fotodetector extensible con capacidad de estiramiento al 200% de su longitud original y sin límite en la longitud de onda de detección. Además,nuestro enfoque para mejorar la fotoabsorción mediante estructuras arrugadas puede aplicarse no solo al grafeno, sino también a otros materiales 2D emergentes ".
Además de Nam y Kang, los coautores del estudio incluyen a Michael Cai Wang y Peter M. Knapp en el Departamento de Ciencia e Ingeniería Mecánica de Illinois. Las caracterizaciones ópticas y la fabricación parcial del dispositivo se llevaron a cabo en el Laboratorio de Investigación de Materiales Frederick Seitzy el Laboratorio de Micro y Nano Tecnología en Illinois.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Original escrito por Rick Kubetz, Oficina de Ingeniería de Comunicaciones. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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