A detecção e o controle da luz estão no centro de muitos aplicativos de dispositivos modernos, como câmeras de smartphones. Usar o grafeno como um material sensível à luz para detectores de luz pode oferecer melhorias significativas em relação aos materiais usados ​​atualmente. Por exemplo, o grafeno pode detectar luz de quase qualquer cor, e dá uma resposta eletrônica extremamente rápida em um milionésimo de milionésimo de segundo. Assim, para projetar adequadamente detectores de luz à base de grafeno, é crucial entender os processos que ocorrem dentro do grafeno depois que ele absorve a luz.

Os pesquisadores baseados em Mainz, Dr. Hai Wang, Professor Dmitry Turchinovich, Professor Mathias Kläui, e a Professora Mischa Bonn, em colaboração com cientistas de vários laboratórios europeus, agora conseguiram compreender esses processos. O projeto foi liderado pelo Dr. Klaas-Jan Tielrooij do ICFO na Espanha, recentemente eleito professor visitante na Escola de Pós-Graduação de Excelência em Ciência dos Materiais em Mainz (MAINZ).

Publicado recentemente em Avanços da Ciência , seu trabalho dá uma explicação completa de por que a condutividade do grafeno em alguns casos aumenta após a absorção de luz, enquanto diminui em outros. Os pesquisadores conseguiram mostrar que esse comportamento se correlaciona com a forma como a energia da luz absorvida flui para os elétrons do grafeno:Depois que a luz é absorvida pelo grafeno, os processos pelos quais os elétrons do grafeno se aquecem acontecem de forma extremamente rápida e com uma eficiência muito alta.

Para grafeno altamente dopado com muitos elétrons livres presentes, aquecimento ultrarrápido de elétrons leva a portadores com energia elevada, as chamadas transportadoras quentes. Esse, por sua vez, leva a uma diminuição da condutividade. Interessantemente suficiente, para grafeno fracamente dopado com menos elétrons livres, aquecimento de elétrons leva à criação de elétrons livres adicionais e, portanto, um aumento na condutividade. Esses portadores adicionais são o resultado direto da natureza sem intervalos do grafeno. Em materiais com lacunas, o aquecimento de elétrons não leva a portadores livres adicionais.

Este cenário simples de aquecimento de elétrons induzido pela luz no grafeno pode explicar muitos efeitos observados. Além de descrever as propriedades condutoras do material após a absorção de luz, pode explicar a multiplicação da portadora, onde, sob condições específicas, uma partícula de luz absorvida, ou seja, um fóton, pode gerar indiretamente mais de um elétron livre adicional e, assim, criar uma resposta fotográfica eficiente dentro de um dispositivo.

Os resultados do artigo e, em particular, compreender os processos de aquecimento de elétrons com precisão, definitivamente significará um grande impulso no projeto e desenvolvimento da tecnologia de detecção de luz baseada em grafeno.