Новый детектор излучения, выполненный из графена.

Фото: Grigory Skoblin

Нанотехнологии
Шрифты

Графен - замечательный материал: легкий, прочный, прозрачный и электропроводящий. Он также может преобразовывать тепло в электричество. Недавно исследователи использовали это термоэлектрическое свойство для создания нового вида детектора излучения.

Классифицированный как болометр, новое устройство имеет быстрое время отклика и, в отличие от большинства других болометров, работает в широком диапазоне температур. Благодаря простому дизайну и относительно низкой стоимости, это устройство может быть расширено, что позволяет использовать широкий спектр коммерческих приложений. Исследователи описывают детектор на основе графена в Applied Physics Letters от AIP Publishing.

Предполагалось, что открытие графена в 2004 году ознаменовало бы появление нового типа технологий. «Но, к сожалению, для этого материала существуют серьезные фундаментальные ограничения», - сказал Григорий Скоблин из Технологического университета Чалмерс в Швеции. «В настоящее время реальные промышленные применения графена весьма ограничены».

Графен, состоящий из отдельных листов атомов углерода, которые образуют плоскую гексагональную структуру решетки, использовался главным образом для его механических свойств.

«Но наше устройство показывает, что в реальных приложениях могут использоваться более фундаментальные свойства», - сказал Скоблин. Новый болометр основан на термоэлектрических свойствах графена. Излучение нагревает часть устройства, побуждая электроны двигаться. Вытесненные электроны генерируют электрическое поле, что создает разность напряжений на устройстве. Таким образом, изменение напряжения обеспечивает существенно прямое измерение излучения.

Другие устройства полагаются на генерацию электрического тока или изменение сопротивления входящему излучению. Но измерение изменений тока или сопротивления требует наличия внешнего источника питания для генерации начального тока. По словам Скоблина, механизм намного проще, чем в других болометрах.

Кусок графена в новом болометре небольшой, поэтому он является одним из самых быстрых болометров, потому что он нагревается и быстро реагирует. Кроме того, устройство остается чувствительным к излучению при температурах до 200 градусов Цельсия. Обычные болометры обычно работают только при криогенных температурах.

Другие исследователи ранее уже сделали графеновые болометры с лучшими свойствами, чем это новое устройство, но их модели содержат двойной слой графена, что делает их более сложными в масштабировании, сказал Скоблин.

Другим преимуществом нового устройства является его покрытие. Ранее исследователи разработали метод покрытия графена диэлектрическим полимером Parylene, который обеспечивает хороший баланс производительности и масштабируемости. Вы можете получить более высокую производительность за счет покрытия гексагональным нитридом бора, сказал Скоблин, но его трудно приобрести, и методы покрытия трудно масштабировать. Другие исследования показывают, что болометр с гексагональным покрытием из нитрида бора будет менее эффективным.

Прототип болометра работает только с микроволновым излучением на 94 гигагерц, но будущие конструкции будут расширять частотный диапазон. Затем исследователи планируют сделать устройство с использованием химического осаждения из газовой фазы, чтобы вырастить большие куски графена, прокладывая путь для массового производства.

Источник: phys.org