近红外和中红外光谱的光探测需要一种合适的吸收材料，能够满足各自的目标，同时理想地具有成本效益。石墨烯具有非凡的光电特性，可以提供同时服务于两种体制的材料基础。零带隙提供了几乎与波长无关的吸收，从而导致光电探测器在红外光谱中工作。然而，为了保持低噪声，需要一种快速、零偏操作的检测机制。
近日，苏黎世联邦理工学院Stefan M. Koepfli团队展示了一个频率响应> 400 GHz的自供电石墨烯光电探测器。该器件结合了石墨烯的超材料完美吸收结构，其中不对称谐振器在石墨烯通道内诱导光热电定向光电流。发现了与光热电效应相关的准瞬时响应。对于高速响应，不需要典型的漂移/扩散时间优化。我们的研究结果表明，这些光热电定向光电流具有超越许多其他石墨烯光电探测器和大多数传统技术带宽的潜力。研究成果以题为“Controlling photothermoelectric directional photocurrents in graphene with over 400 GHz bandwidth”发表于《Nature communications》上。
图1：完美吸收材料石墨烯光电探测器概念。
图2：超材料光学模拟与表征。
图3：活性超材料诱导PTE-DC器件的性能评估。
图4：偏置和栅极电压对光响应的影响。
图5：高速表征。
图6：Supercell超材料的完美吸收和复用。
https://doi.org/10.1038/s41467-024-51599-w
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