Goldene Schneeflocke: Fotodetektor aus Graphen

16. Januar 2017, 17:16 Uhr
Fraktale Graphen-Metastruktur. Bild: Jieran Fang, American Chemical Society
Fraktale Graphen-Metastruktur. Bild: Jieran Fang, American Chemical Society
Sieht hübsch aus und diese Schönheit macht sogar Sinn: Forschern der Purdue University in Indiana gelang die Entwicklung eines Graphen-Fotodetektors mit einer fraktalen Anordnung, der die niedrige Absorption von Graphen steigert. Mit diesem Verfahren konnte die prinzipiell niedrige Empfindlichkeit von Graphen überwunden werden, was zu verbesserter, von der Polarisation unabhängiger Absorption über ein großes Spektrum an Wellenlängen führt.

Wie in einem Artikel der Fachzeitschrift Nano Letters beschrieben, gelang den Forschern mit Hilfe einer an Schneeflocken erinnernden, fraktalen Struktur, die sich selbstähnlich wiederholt, die niedrige Licht-Absorption von Graphen zu steigern. Der damit aufgebaute Fotodetektor erreicht eine um eine Größenordnung höhere Ausgangsspannung bei schnellem Ansprechen und weiteren Vorteilen.

Graphen hat gegenüber anderen Materialien etliche Vorzüge, darunter das breite Absorptionsspektrum und die extrem große Elektronengeschwindigkeit. Da Graphen aber eine nur ein Atom starke Schicht ist, kann es nicht viel des einfallenden Lichts absorbieren, was für den Einsatz als Fotodetektor ein großer Nachteil ist. Um dem zu begegnen, entwickelten die Forscher einen Fotodetektor mit Gold-Kontakten in der Form einer schneeflockenartigen, fraktalen Metastruktur, der reinen Gold-Graphen-Schichten deutlich überlegen ist.

Vorausgegangene Untersuchungen hatten gezeigt, dass die fraktale Struktur die Absorption deshalb steigert, weil so zusätzliche Resonanzen entstehen und dass die Resonanzen mit zunehmendem fraktalen Grad steigen. Außerdem sorgt die Struktur für eine Begrenzung und Verstärkung des elektrischen Felds des einfallenden Lichts. Letzteres erhöht die Ausgangsspannung.
 
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