Investigador del Graphene Flagship ha desarrollado un novedoso detector de infrarrojos IR basado en grafeno que demuestra una alta sensibilidad récord para la detección térmica. Los atributos únicos de Graphene allanan el camino para la obtención de imágenes y espectroscopía IR de alto rendimiento.
Los beneficios de Graphene son posibilidades de apertura en imágenes IR y espectroscopía de alto rendimiento. Investigadores de Graphene Flagship, que trabajan en la Universidad de Cambridge Reino Unido, Emberion Ltd. Reino Unido, el Instituto de Ciencias Fotónicas ICFO; España,Nokia UK y la Universidad de Ioannina Grecia han desarrollado un bolómetro piroeléctrico a base de grafeno que detecta la radiación infrarroja IR midiendo pequeños cambios de temperatura con un nivel de precisión ultra alto. El trabajo, publicado en Nature Communications, demuestra quesensibilidad a la temperatura más alta reportada para detectores térmicos no enfriados a base de grafeno, capaces de resolver cambios de temperatura a unas pocas decenas de µK. Solo se requieren unos pocos nanovatios de potencia de radiación IR para producir una variación de temperatura tan pequeña en dispositivos aislados, alrededor de 1000veces menor que la potencia IR entregada al detector por una mano humana en las proximidades.
La alta sensibilidad del detector es de gran utilidad para aplicaciones espectroscópicas más allá de las imágenes térmicas. Con un detector IR basado en grafeno de alto rendimiento que brinda una señal fuerte con menos radiación incidente, es posible aislar diferentes partes del espectro IREsto es de importancia clave en aplicaciones de seguridad, donde diferentes materiales, como explosivos, se pueden distinguir por sus espectros de absorción o transmisión de infrarrojos característicos.
El Dr. Alan Colli, ingeniero principal de Emberion y co-líder de la investigación, dijo: "Con un detector de mayor sensibilidad, uno puede restringir la banda térmica grande y aún formar una imagen usando fotones en un rango espectral muy estrecho y hacer múltiples-imagen IR espectral. Para la detección de seguridad, hay firmas específicas que los materiales emiten o absorben en bandas estrechas. Por lo tanto, desea un detector que esté entrenado en esa banda estrecha. Esto puede ser útil al buscar explosivos, sustancias peligrosas o cualquier cosapor el estilo."
Los fotodetectores IR típicos operan a través del efecto piroeléctrico o como bolómetros, que miden los cambios en la resistencia debido al calentamiento. El bolómetro piroeléctrico basado en grafeno combina ambos enfoques con las excelentes propiedades eléctricas del grafeno, para un rendimiento máximo. El grafeno actúa como unamplificador incorporado para la señal, eliminando la necesidad de transistores externos, lo que significa que no hay pérdidas por capacitancia parásita y notablemente bajo ruido. La alta conductividad del grafeno también ofrece una conveniente adaptación de impedancia con el circuito integrado de lectura externa ROIC utilizado parainteractuar con los píxeles del detector y el dispositivo de grabación. Con la mejora continua en la calidad del grafeno por ejemplo, mayor movilidad, se pueden fabricar dispositivos robustos con un rango dinámico extendido rango de temperatura sobre el cual el dispositivo funcionará de manera confiable mientras se mantiene elmisma excelente capacidad de respuesta a la temperatura.
El profesor Andrea Ferrari, Director del Cambridge Graphene Center y coautor del trabajo dijo: "Este trabajo es otro ejemplo de la marcha constante del grafeno en la hoja de ruta hacia las aplicaciones. Emberion es una nueva compañía creada para producir fotones de grafeno yelectrónica para fotodetectores infrarrojos y sensores térmicos, y este trabajo ejemplifica cómo la ciencia y la tecnología básicas pueden conducir a una comercialización rápida ". Ferrari es el Oficial de Ciencia y Tecnología de Graphene Flagship y Presidente del Panel de Gestión de Flagship.
El profesor Frank Koppens, coautor del trabajo, es líder de la Nano-Optoelectrónica Cuántica en ICFO, y lidera el paquete de trabajo de Fotónica y Optoelectrónica del Graphene Flagship. "Una de las aplicaciones más prometedoras del grafeno es la fotodetección de banda anchae imágenes. Combinar la detección visible e infrarroja en un sistema de material no es posible con ninguna otra tecnología existente. El programa Graphene Flagship se basará en este trabajo para desarrollar sistemas de imágenes hiperespectrales y explotar las direcciones donde el grafeno es único ", dijo.
El Dr. Daniel Neumaier AMO, Alemania es el líder de la División de integración de electrónica y fotónica insignia de Graphene y no participó directamente en el trabajo. Dijo: "El tamaño del mercado de los detectores de IR ha aumentado dramáticamente en los últimos años yestos dispositivos están ingresando en más y más áreas de aplicación. En particular, la detección de seguridad espectroscópica se está volviendo más importante. Esto requiere una alta sensibilidad bajo la operación a temperatura ambiente. El presente trabajo es un gran paso adelante para cumplir con estos requisitos en los detectores de IR basados en grafeno ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por buque insignia de grafeno . Original escrito por Sophia Lloyd. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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