p Pesquisadores da Graphene Flagship desenvolveram um novo detector infravermelho (IR) baseado em grafeno que demonstra alta sensibilidade para detecção térmica. Os atributos exclusivos do grafeno abrem caminho para imagens e espectroscopia de infravermelho de alto desempenho. p Os benefícios do grafeno estão abrindo possibilidades em imagens infravermelhas de alto desempenho e espectroscopia. Pesquisadores da Flagship Graphene, trabalhando na Universidade de Cambridge (Reino Unido), Emberion Ltd. (Reino Unido), o Instituto de Ciências Fotônicas (ICFO; Espanha), Nokia no Reino Unido, e a Universidade de Ioannina (Grécia) desenvolveram um bolômetro piroelétrico baseado em grafeno que detecta radiação infravermelha (IV) medindo pequenas mudanças de temperatura com um nível ultra-alto de precisão. O trabalho, publicado em Nature Communications , demonstra a maior sensibilidade à temperatura relatada para detectores térmicos não resfriados à base de grafeno, capaz de resolver mudanças de temperatura até algumas dezenas de µK. Apenas alguns nanowatts de potência de radiação IV são necessários para produzir uma variação de temperatura tão pequena em dispositivos isolados, cerca de 1000 vezes menor do que a potência IV fornecida ao detector por uma mão humana nas proximidades.

p A alta sensibilidade do detector é de grande utilidade para aplicações espectroscópicas além da imagem térmica. Com um detector de infravermelho baseado em grafeno de alto desempenho que fornece um sinal forte com menos radiação incidente, é possível isolar diferentes partes do espectro de IV. Isso é de fundamental importância em aplicativos de segurança, onde diferentes materiais - como explosivos - podem ser distinguidos por seus espectros de transmissão ou absorção de infravermelho característicos.

p Dr. Alan Colli, Engenheiro-chefe da Emberion e co-líder da pesquisa, disse:"Com um detector de maior sensibilidade, pode-se restringir a grande banda térmica e ainda formar uma imagem usando fótons em uma faixa espectral muito estreita e fazer imagens infravermelhas multiespectrais. Para triagem de segurança, existem assinaturas específicas que os materiais emitem ou absorvem em faixas estreitas. Então, você quer um detector treinado nessa banda estreita. Isso pode ser útil ao procurar explosivos, substâncias perigosas, ou qualquer coisa do tipo. "

p Fotodetectores IR típicos operam através do efeito piroelétrico, ou como bolômetros, que medem as mudanças na resistência devido ao aquecimento. O bolômetro piroelétrico à base de grafeno combina ambas as abordagens com as excelentes propriedades elétricas do grafeno, para desempenho máximo. O grafeno atua como um amplificador embutido para o sinal, eliminando a necessidade de transistores externos - o que significa nenhuma perda de capacitância parasita, e ruído extremamente baixo. A alta condutividade do grafeno também oferece um casamento de impedância conveniente com o circuito integrado de leitura externa (ROIC) usado para fazer interface com os pixels do detector e o dispositivo de gravação. Com a melhoria contínua na qualidade do grafeno (por exemplo, maior mobilidade), dispositivos robustos com uma faixa dinâmica estendida (faixa de temperatura na qual o dispositivo irá operar de forma confiável) podem ser fabricados enquanto mantêm a mesma excelente resposta de temperatura.

p Prof. Andrea Ferrari, O diretor do Cambridge Graphene Center e co-autor do trabalho disse "Este trabalho é outro exemplo da marcha constante do grafeno no roteiro de aplicações. A Emberion é uma nova empresa criada para produzir fotônica e eletrônica de grafeno para fotodetectores infravermelhos e sensores térmicos , e este trabalho exemplifica como a ciência e a tecnologia básicas podem levar a uma comercialização rápida. "Ferrari é o Oficial de Ciência e Tecnologia da Flagship do Grafeno, e Presidente do Flagship Management Panel.

p Prof. Frank Koppens, co-autor do trabalho, é líder da Quantum Nano-Optoeletrônica no ICFO, e lidera o pacote de trabalho em Fotônica e Optoeletrônica da Flagship Graphene. "Uma das aplicações mais promissoras do grafeno é a fotodetecção e imagem de banda larga. Combinar a detecção visível e infravermelho em um sistema de material não é possível com qualquer outra tecnologia existente. O programa Graphene Flagship continuará a desenvolver este trabalho para desenvolver sistemas de imagem hiperespectral, e explorar as direções onde o grafeno é único, " ele disse.

p Dr. Daniel Neumaier (AMO, Alemanha) é o líder da Divisão de Integração Eletrônica e Fotônica da Graphene Flagship e não esteve diretamente envolvida no trabalho. Ele disse:"O tamanho do mercado de detectores de infravermelho aumentou dramaticamente nos últimos dois anos e esses dispositivos estão entrando cada vez mais em áreas de aplicação. Em particular, a triagem espectroscópica de segurança está se tornando mais importante. Isso requer alta sensibilidade em operação à temperatura ambiente. O presente trabalho é um grande passo em frente no cumprimento desses requisitos em detectores de infravermelho baseados em grafeno. "