据麦姆斯咨询报导,美国耶鲁大学(Yale University)和巴塞罗那光子学研讨所(ICFO)的研讨人员协作开发了一款依据石墨烯的器材,或能制成在中红外光谱作业的新式微尺度非制冷勘探器。
现在,在红外“指纹”区(充满了分子特定的光谱信息)作业的商用中红外传感器,一般需求贵重的光电勘探器资料,一起还需求对体系进行冷却,这使得仪器体积很巨大。
Yale-ICFO协作团队开发的传感器作业波长坐落中红外光谱中心的12.2 um,由等离子共振器阵列组成。该器材的尺度仅为5um x 5um,在室温下具有杰出的低噪声功能,无需任何冷却。
“这款器材选用大尺度石墨烯制作,具有简略的双端子几许结构,代表着完成片上石墨烯中红外勘探器阵列的重要一步,”ICFO的Javier Garcia de Abajo和耶鲁大学Fengnian Xia领导的该协作项目,在一篇刚刚宣布在“天然资料”(Nature Materials)杂志上的论文中具体介绍了该研讨成果。
千兆赫兹速度
ICFO研讨人员称,他们经过使用中红外光和石墨烯等离子体之间的共振耦合,可以大幅进步器材的灵敏度。
器材规划和运转原理
该团队在石墨烯晶圆上制作传感器,其间圆盘状等离子体谐振器,经过被称为“准一维石墨烯纳米带”完成互联。
当他们将中红外光源照射到器材上时,他们在室温下调查到了石墨烯谐振器和纳米带表面上的红外等离子体的激起和吸收。
得益于石墨烯纳米结构,他们还调查到,转换为电呼应的光吸收,和等离子体吸收水平亲近相关,呼应时刻可以完成千兆赫兹速度的勘探。
在定论中,研讨团队称:“这项研讨的成果证明,石墨烯是室温下将光信号超快速转换为电信号的优秀资料,推动了超小型勘探器的开发,并可将它们集成到高分辨率中红外相机或高密度集成红外光子电路中。”
中红外使用
假如该技能可以按预期的开展,它的使用远景应该十分宽广,而且可能是突破性的。它可以完成超紧凑设备,依据分子的指纹振荡和旋转激起进行辨认。
可辨认的分子将包含危险品和生物分子,ICFO团队主张该技能可使用于安全、生物测定和空气质量监测等。
中红外光谱的一个使用实例搭载于詹姆斯-韦伯太空望远镜(JWST),该望远镜预备于2020年发射。JWST的“MIRI”仪器覆盖了5~28 um的光谱区域,用于研讨来自悠远星系以及新构成的恒星和弱小彗星的红移光。
JWST上的MIRI传感器
MIRI勘探器依据砷掺杂的硅传感器,由Raytheon Vision Systems公司制作,它具有杂乱的低温冷却设备,由脉冲管预冷器和Joule-Thomson环路热交换器组合供给低至7 K的温度。