使用石墨烯是科學(xué)上最通用的材料之一，加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli工程學(xué)院的工程師發(fā)明了一種新型光電探測器，它可以使用比目前最先進(jìn)的光源更多類型的光。該器件還具有卓越的傳感和成像能力。

光電探測器是光傳感器; 在相機(jī)和其他成像設(shè)備中，它們感知稱為光子的基本粒子的圖案，并從這些圖案創(chuàng)建圖像。構(gòu)建不同的光電探測器以感測光譜的不同部分。例如，在夜視鏡中使用光電探測器來感測肉眼不可見的熱輻射。其他用于相機(jī)，通過它們?nèi)绾畏瓷涔鈦碜R(shí)別環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)。

多功能和有用的光電探測器在很大程度上取決于三個(gè)因素：它們的工作速度，它們對(duì)較低光照水平的敏感度，以及它們能夠感知多少光譜。通常，當(dāng)工程師在任何一個(gè)區(qū)域中改進(jìn)了光電探測器的能力時(shí)，其他兩種能力中的至少一種已經(jīng)減少。

由加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的光電探測器在所有三個(gè)領(lǐng)域都有重大改進(jìn) - 它可以在更廣泛的光線范圍內(nèi)工作，更快速地處理圖像，并且比現(xiàn)有技術(shù)對(duì)光線水平更敏感。

“我們的光電探測器可以擴(kuò)展光電探測器在成像和傳感系統(tǒng)中的范圍和潛在用途，”負(fù)責(zé)該研究的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授Mona Jarrahi說。“它可以顯著改善夜視或醫(yī)療診斷應(yīng)用中的熱成像，溫度的微妙差異可以為醫(yī)生提供大量關(guān)于患者的信息。它還可以用于環(huán)境傳感技術(shù)，以更準(zhǔn)確地識(shí)別污染物的濃度。”

該研究發(fā)表在Light：Science and Applications雜志上。

新型光電探測器充分利用了石墨烯的獨(dú)特性能，石墨烯是一種由單層碳原子組成的超薄材料。石墨烯是一種檢測光子的優(yōu)質(zhì)材料，因?yàn)樗梢詮膹V泛的電磁波譜中吸收能量 - 從紫外光到可見光到紅外和微波波段。石墨烯也是一種非常好的電流導(dǎo)體 - 電子可以暢通無阻地流過它。

為了形成光電探測器，研究人員在二氧化硅層上鋪設(shè)了石墨烯條帶，二氧化硅層本身覆蓋了硅基底。然后，他們創(chuàng)造了一系列梳狀納米級(jí)圖案，由金制成，“牙齒”約100納米寬。(納米是十億分之一米。)

石墨烯充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)以捕獲進(jìn)入的光子，然后將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。金梳形納米圖案可以快速將信息傳輸?shù)教幚砥髦?，即使在低光條件下也可以產(chǎn)生相應(yīng)的高質(zhì)量圖像。

“我們專門設(shè)計(jì)了石墨烯納米條紋及其金屬貼片的尺寸，使得入射的可見光和紅外光被嚴(yán)格限制在其中，”加州大學(xué)洛杉磯分校博士后學(xué)者，該研究的第一作者Semih Cakmakyapan說。“這種設(shè)計(jì)有效地產(chǎn)生了一個(gè)電信號(hào)，該信號(hào)遵循從可見光到紅外的整個(gè)光譜范圍內(nèi)光線強(qiáng)度的超快和細(xì)微變化。”