«Увеличение слабого поглощения света графена в видимом диапазоне является важной предпосылкой для его широкого потенциального применения в фотонике и зондировании», — пояснил Сунг Ву Нам, доцент кафедры механики и инженерии в Иллинойсе. «Это самый первый растягиваемый фотодетектор, основанный исключительно на графене, с регулируемой по деформации светочувствительностью и селективностью по длине волны».Графен — атомарно тонкий слой гексагонально связанных атомов углерода — широко исследовался в современных фотодетекторах на предмет его широкополосного поглощения, высокой подвижности носителей и механической гибкости. Из-за низкой оптической поглощающей способности графена исследования графеновых фотодетекторов до сих пор были сосредоточены на гибридных системах для увеличения фотопоглощения. Однако такие гибридные системы требуют сложного процесса интеграции и приводят к снижению мобильности оператора связи из-за неоднородных интерфейсов.
По словам Нам, ключевой элемент, обеспечивающий повышенное поглощение и растяжимость, требует преобразования двухмерного материала в трехмерные (3D) «смятые структуры», увеличивающие поверхностную плотность графена. Непрерывно волнистая трехмерная поверхность вызывает увеличение поверхностной плотности, что приводит к более высокому оптическому поглощению на единицу площади, тем самым улучшая светочувствительность. Плотность, высота и высота смятия модулируются приложенной деформацией, и смятие полностью обратимо во время циклического растяжения и высвобождения, что дает новую возможность увеличения фотопоглощения с регулируемой деформацией и позволяет создавать высокочувствительный фотодетектор на основе одного слоя графена.
«Мы добились увеличения оптического поглощения более чем на порядок за счет изогнутой трехмерной структуры, что привело к примерно 400% увеличению светочувствительности», — заявил Пилгью Канг и первый автор статьи «Фотодетектор из мятого графена с Улучшенная, настраиваемая по напряжению и избирательная по длине волны фотоответчик », опубликованная в журнале Advanced Materials. «Новая фоточувствительность с регулируемой деформацией привела к 100% -ной модуляции светочувствительности при 200% приложенной деформации. Интегрировав коллоидный фотонный кристалл — оптико-механический фильтр с регулируемой деформацией — с растягивающимся графеновым фотодетектором, мы также продемонстрировали уникальную деформацию: настраиваемая селективность по длине волны ".«Эта работа демонстрирует надежный подход к растягиваемым и гибким графеновым фотодетекторным устройствам», — добавил Нам. «Мы первыми сообщили о растягивающемся фотодетекторе с возможностью растяжения до 200% от его исходной длины и без ограничения на длину волны обнаружения.
Кроме того, наш подход к увеличению фотопоглощения смятыми структурами может быть применен не только к графену, но и к другим появляющимся 2D материалы ».Помимо Нам и Канга, соавторами исследования являются Майкл Кай Ван и Питер М. Кнапп из Департамента механических наук и инженерии в Иллинойсе.
Оптические характеристики и частичное изготовление устройств были выполнены в Лаборатории исследования материалов Фредерика Зейтца и Лаборатории микро- и нанотехнологий в Иллинойсе.