新的光电探测器可以改善夜视 热感应和医学成像

使用石墨烯是科学上最通用的材料之一，加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院的工程师发明了一种新型光电探测器，它可以使用比目前最先进的光源更多类型的光。该器件还具有卓越的传感和成像能力。

光电探测器是光传感器; 在相机和其他成像设备中，它们感知称为光子的基本粒子的图案，并从这些图案创建图像。构建不同的光电探测器以感测光谱的不同部分。例如，在夜视镜中使用光电探测器来感测肉眼不可见的热辐射。其他用于相机，通过它们如何反射光来识别环境中的化学物质。

多功能和有用的光电探测器在很大程度上取决于三个因素：它们的工作速度，它们对较低光照水平的敏感度，以及它们能够感知多少光谱。通常，当工程师在任何一个区域中改进了光电探测器的能力时，其他两种能力中的至少一种已经减少。

由加州大学洛杉矶分校团队设计的光电探测器在所有三个领域都有重大改进 - 它可以在更广泛的光线范围内工作，更快速地处理图像，并且比现有技术对光线水平更敏感。

“我们的光电探测器可以扩展光电探测器在成像和传感系统中的范围和潜在用途，”负责该研究的电气和计算机工程教授Mona Jarrahi说。“它可以显着改善夜视或医疗诊断应用中的热成像，温度的微妙差异可以为医生提供大量关于患者的信息。它还可以用于环境传感技术，以更准确地识别污染物的浓度。”

该研究发表在Light：Science and Applications杂志上。

新型光电探测器充分利用了石墨烯的独特性能，石墨烯是一种由单层碳原子组成的超薄材料。石墨烯是一种检测光子的优质材料，因为它可以从广泛的电磁波谱中吸收能量 - 从紫外光到可见光到红外和微波波段。石墨烯也是一种非常好的电流导体 - 电子可以畅通无阻地流过它。

为了形成光电探测器，研究人员在二氧化硅层上铺设了石墨烯条带，二氧化硅层本身覆盖了硅基底。然后，他们创造了一系列梳状纳米级图案，由金制成，“牙齿”约100纳米宽。(纳米是十亿分之一米。)

石墨烯充当网络以捕获进入的光子，然后将它们转换成电信号。金梳形纳米图案可以快速将信息传输到处理器中，即使在低光条件下也可以产生相应的高质量图像。

“我们专门设计了石墨烯纳米条纹及其金属贴片的尺寸，使得入射的可见光和红外光被严格限制在其中，”加州大学洛杉矶分校博士后学者，该研究的第一作者Semih Cakmakyapan说。“这种设计有效地产生了一个电信号，该信号遵循从可见光到红外的整个光谱范围内光线强度的超快和细微变化。”