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石墨烯结合量子点制成高灵敏光电探测器

导读: 据物理学家组织网5月16日(北京时间)报道,西班牙塞西斯光学技术研究所用石墨烯结合量子点成功研发出一种混合型光电探测器,灵敏度是其同类探测器的10亿倍。

  据物理学家组织网5月16日(北京时间)报道,西班牙塞西斯光学技术研究所用石墨烯结合量子点成功研发出一种混合型光电探测器,灵敏度是其同类探测器的10亿倍。研究人员指出,该研究预示了石墨烯在光学传感器和太阳能电池领域的新应用。相关论文发表在最新一期《自然•纳米技术》上。

  石墨烯在光电子学和光电探测应用领域极有潜力,具有光谱带宽广、响应迅速的优点,但缺点是光吸收能力弱,缺乏产生多倍载荷子的增益机制。目前的石墨烯光电探测器响应度(一定波长的光在入射功率作用下的输出电流)在0.01A/W以下。

  研究人员解释说,所需要的是一种迫使更多光被吸收的方法,石墨烯吸收光的效率仅为3%。为了提高光吸收率,他们转向了量子点。量子点是一种纳米晶体,能根据自身大小吸收不同波长的光。从本质上讲,光电探测器是一种把少量光转化为微小电流的设备,通过检测电流来确定有多少光进入了设备,或者直接用该电流产生其他反应,比如辅助产生摄影图像。

  为了制造光电探测器,研究小组首先用标准的胶带法剥离出一层石墨烯作底片,用纳米印刷术在上面印上微小的黄金电极,然后用喷雾瓶将硫化铅晶体喷在上面。这些胶状晶体包含了各种大小的颗粒,几乎能吸收所有波长的光。他们用不同波长的光来照射探测器,检测其电阻和电量。

  在制造量子点时,要保证在量子点和石墨烯之间实现配位体交换最大化,最大困难是找到合适的材料组合。研究人员说,他们经多次试验,终于使内量子效率达到了25%。在探测器中,量子点层中的光强烈而且可调,生成的电荷传导到石墨烯,在此电流多次巡回,响应度达到了107A/W。

  研究人员还指出,在这种光电探测器基础上,还能造出更多新设备,如数字摄像机、夜视镜以及其他多种传感器设备。

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