p A conversão eficiente de luz em eletricidade desempenha um papel crucial em muitas tecnologias, variando de câmeras a células solares. Ele também constitui uma etapa essencial nos aplicativos de comunicação de dados, uma vez que permite que as informações transportadas pela luz sejam convertidas em informações elétricas que podem ser processadas em circuitos elétricos. O grafeno é um excelente material para conversão ultrarrápida de luz em sinais elétricos, mas até agora não se sabia com que rapidez o grafeno responde a flashes ultracurtos de luz. p Os pesquisadores do ICFO Klaas-Jan Tielrooij, Lukasz Piatkowski, Mathieu Massicotte e Achim Woessner liderados pelo ICFO Prof. Frank Koppens e ICREA Prof. no ICFO Niek van Hulst, em colaboração com cientistas do grupo de pesquisa liderado por Pablo Jarillo-Herrero no MIT e o grupo de pesquisa liderado por Jeanie Lau na UC Riverside, agora demonstraram que um fotodetector à base de grafeno converte a luz absorvida em uma voltagem elétrica a uma velocidade extremamente alta. O estudo, intitulado "Geração de fotovoltagem em grafeno em uma escala de tempo de femtossegundo por meio de aquecimento de portadora eficiente", foi publicado recentemente em Nature Nanotechnology .

p O novo dispositivo que os pesquisadores desenvolveram é capaz de converter luz em eletricidade em menos de 50 femtossegundos (um vigésimo de um milionésimo de um milionésimo de segundo). Para fazer isso, os pesquisadores usaram uma combinação de excitação a laser em forma de pulso ultrarrápida e leitura elétrica altamente sensível. Como Klaas-Jan Tielrooij comenta, "o experimento combinou exclusivamente a experiência em modelagem de pulso ultrarrápida obtida da fotônica ultrarrápida de molécula única com a perícia em eletrônica de grafeno. Facilitada pela resposta foto-termoelétrica não linear do grafeno, esses elementos possibilitaram a observação dos tempos de resposta da fotodetecção de femtossegundos. "

p A criação ultrarrápida de uma fotovoltagem em grafeno é possível devido à interação extremamente rápida e eficiente entre todos os portadores de banda de condução em grafeno. Essa interação leva a uma rápida criação de uma distribuição de elétrons com uma temperatura elevada de elétrons. Assim, a energia absorvida da luz é eficiente e rapidamente convertida em calor de elétrons. Próximo, o calor do elétron é convertido em uma voltagem na interface de duas regiões de grafeno com dopagem diferente. Este efeito foto-termoelétrico acabou ocorrendo quase que instantaneamente, permitindo assim a conversão ultrarrápida da luz absorvida em sinais elétricos. Como afirma o Prof. van Hulst, "é incrível como o grafeno permite a detecção direta não linear de pulsos de femtossegundos (fs) ultrarrápidos".

p Os resultados obtidos a partir das conclusões deste trabalho, que foi parcialmente financiado pela EC Graphene Flagship, abrir um novo caminho para a conversão optoeletrônica ultrarrápida. Como comenta o Prof. Koppens, "Os fotodetectores de grafeno continuam apresentando desempenhos fascinantes em uma ampla gama de aplicações".