光檢測和控制是許多現(xiàn)代設(shè)備應(yīng)用的核心，如智能手機(jī)的相機(jī)，他們使用的傳感器完全依賴于CMOS(數(shù)碼攝影中的圖像傳感器)。使用石墨烯作為光探測器的光敏感材料，可以對(duì)目前使用的材料提供顯著的改進(jìn)。

石墨烯傳感器是由石墨烯制作而成的用途廣泛的高光敏度傳感器。這種新型傳感器的關(guān)鍵在于使用了“滯留光線”的納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)能夠比傳統(tǒng)的傳感器更長時(shí)間的捕獲產(chǎn)生光線的電子微粒。

來自西班牙巴塞羅那的ICFO，來自意大利Genova的IIT，來自Exeter（英國）的Exeter大學(xué)和來自美因茨（德國）的Johannes Gutenberg大學(xué)的歐洲科學(xué)家團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)成功地理解了這些過程。

超快光泵

超快光泵-太赫茲探針實(shí)驗(yàn)的示意圖，其中光泵引起電子加熱，太赫茲脈沖對(duì)石墨烯加熱過程后，石墨烯的導(dǎo)電率變得非常敏感。

最近他們將結(jié)果發(fā)表在《Science Advances》雜志上，名為(“The ultrafast dynamics and conductivity of photoexcited graphene at different Fermi energies”)(不同費(fèi)米能級(jí)下光激發(fā)石墨烯的超快動(dòng)力學(xué)和電導(dǎo)率)，為什么石墨烯在吸收光之后，導(dǎo)電率在某些情況下增加，而在其他情況下卻產(chǎn)生了下降？他們的工作對(duì)這個(gè)疑惑提供了一個(gè)透徹的解釋。

研究人員能夠證明，這種行為與吸收光的能量流向石墨烯電子的方式有關(guān)：在光被石墨烯吸收之后，石墨烯電子加熱的過程發(fā)生得非?？?，效率很高。

對(duì)于高度摻雜的石墨烯（其中存在許多自由電子），超快電子加熱導(dǎo)致具有升高的能量的載流子--熱載流子，這反過來導(dǎo)致導(dǎo)電率降低。有趣的是，對(duì)于弱摻雜的石墨烯（其中不存在太多自由電子），電子加熱導(dǎo)致產(chǎn)生額外的自由電子，并因此導(dǎo)致電導(dǎo)率的增加。這些額外的載體是石墨烯無間隙性質(zhì)的直接結(jié)果。在間隙材料中，電子加熱不會(huì)導(dǎo)致額外的自由載體。

石墨烯中光致電子加熱的這種簡單情況可以解釋許多觀察到的效應(yīng)。除了描述材料在光吸收之后的導(dǎo)電特性，它可以解釋載流子倍增，其中在特定條件下，一個(gè)吸收光粒子（光子）可以間接產(chǎn)生多于一個(gè)額外的自由電子，從而在設(shè)備內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)有效的光響應(yīng)。

該論文的結(jié)果，特別是理解電子加熱的過程非常準(zhǔn)確，在設(shè)計(jì)和開發(fā)基于石墨烯的光檢測技術(shù)領(lǐng)域，這種精確的理解可以對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供幫助，此外，這個(gè)結(jié)果必將意味著石墨烯在傳感器領(lǐng)域?qū)?huì)帶來巨大的影響。