Графен, материал одноатомной толщины, состоящий из атомов углерода, уже давно находится в фокусе исследований, проводимых различными группами ученых. В ходе этих исследований ученые изучают известные и открывают новые уникальные свойства этого материала, что постоянно расширяет перечень областей его применения. Недавно группа исследователей из Массачусетского технологического института обнаружила еще одно из свойств графена, благодаря которому стала возможной реализация технологии управления электрической проводимостью этого материала при помощи сверхкоротких импульсов света.
Выполняя исследования, ученые нанесли слой графена поверх изолирующего слоя, отделяющего его от металлического основания. Изменяя электрический потенциал, приложенный к графену и металлическому основанию, ученые добивались изменения концентрации в графене свободных электронов. Вся эта структура освещалась мощным сверхкоротким импульсом лазера, который оказывал влияние на электрическую проводимость материала, а при помощи следующего, более длинного импульса лазерного света производились измерения значения электрической проводимости.
Во время исследований ученые обнаружили, что изменяя концентрацию свободных электронов в графене, можно повлиять на реакцию этого материала на воздействие коротких, но интенсивных импульсов света. Если в графеновой пленке наблюдается низкая концентрация электронов, то воздействие импульса света приведет к увеличению удельной электрической проводимости материала. Это поведение соответствует поведению многих традиционных полупроводниковых материалов, таких, как кремний и германий.
Но, если графен максимально насыщен электронами, то импульс света оказывает обратное воздействие, электрическая проводимость материала снижается и, с этой точки зрения, графен ведет себя подобно металлу. Используя обнаруженные эффекты, модулируя прикладываемый к графену электрический потенциал и свет лазера, исследователи получили возможность с очень большой частотой изменять фотоэлектрические свойства графена в широких пределах.
Но самым интересным является тот факт, что обнаруженные учеными эффекты объясняют многие нестыковки, на которые натыкались многие исследовательские группы, экспериментирующие с фотоэлектрическими свойствами этого материала. Ведь в этих исследованиях ученые практически не обращали внимания на концентрацию электронов в графене, что почти всегда приводило к получению нестабильных и противоречивых результатов.
Использованный учеными полностью оптический метод управления и измерения электрической проводимости графена устраняет необходимость использования металлических электродов, подключенных к графену, изготовление которых вызывает множество трудностей технологического плана. Помимо этого, метод двойного лазерного импульса позволяет изменять и измерять электрическую проводимость графена всего за триллионные доли секунды.
Благодаря всем своим преимуществам вышеупомянутый оптический метод может стать основой технологий производства ультраскоростных фотодатчиков и датчиков других физических величин, имеющих очень широкий рабочий диапазон. Пока еще из-за сложности и высокой стоимости ультраскоростных лазерных систем такие датчики могут найти применение лишь в составе дорогостоящего научного оборудования, но, по мере совершенствования имеющихся технологий "управляемые" графеновые датчики смогут объявиться и в электронике потребительского класса, которой ежедневно пользуется каждый из нас.
