Schnelle Photodetektoren aus Graphen

Nach Untersuchungen mit ultrakurzen Laserpulsen können graphenbasierte Sensoren bis zu 262 Milliarden Lichtpulse pro Sekunde wahrnehmen.

Trifft Licht auf bestimmte Materialien, können Elektronen plötzlich aus ihrem festen Platz gelöst werden und elektrischer Strom beginnt zu fließen. Bei Graphen passiert dieser Prozess jedoch deutliche schneller, als bei bisher bekannten Materialien. Dies konnte Thomas Müller von der TU Wien zwar schon im Vorjahr zeigen, die genaue Reaktionszeit des Materials ist jedoch so kurz, dass man sie mit herkömmlichen elektronischen Methoden nicht messen konnte.

Jetzt nutzten die Forscher ultrakurze Laserpulse mit einer Pulsdauer von 100 fs und einer Wellenlänge von 1,55 µm, um die Reaktionszeit des Graphens zu ermitteln. Bei den Experimenten werden kurz hintereinander zwei Pulse auf den Photodetektor geschickt und der Strom gemessen, der dabei entsteht. Durch Variieren des zeitlichen Abstands der Pulse lässt sich die zeitliche Auflösung des Detektors ermitteln. „Mit Hilfe dieser Methode konnten wir zeigen, dass die von uns hergestellten Detektoren bis zu einer Frequenz von 262 GHz verwendet werden können“, sagt Thomas Müller. Damit läge die theoretisch erreichbare Obergrenze der Datenübertragung mit Graphen-Photodetektoren bei mehr als 30 Gigabyte pro Sekunde.

Der wesentliche Grund für die hohen Frequenzen, die man mit den neuartigen Licht-Detektoren erreichen kann, ist die kurze Lebensdauer der Ladungsträger in Graphen. Die Elektronen, die durch das Licht aus ihrem Platz gelöst werden und zum Stromfluss beitragen, suchen sich schon nach wenigen Pikosekunden einen neuen Platz.

TU Wien / KK