p Uma equipe de pesquisa internacional, co-liderado por um físico da Universidade da Califórnia, Riverside, descobriu um novo mecanismo para carga ultraeficiente e fluxo de energia no grafeno, abrindo oportunidades para o desenvolvimento de novos tipos de dispositivos de coleta de luz. p Os pesquisadores fabricaram grafeno puro - grafeno sem impurezas - em diferentes formas geométricas, conectando fitas estreitas e cruzes a regiões retangulares abertas. Eles descobriram que quando a luz iluminava áreas restritas, como a região onde uma fita estreita conectava duas regiões largas, eles detectaram uma grande corrente induzida por luz, ou fotocorrente.

p A descoberta de que o grafeno puro pode converter luz em eletricidade de maneira muito eficiente pode levar ao desenvolvimento de fotodetectores eficientes e ultrarrápidos - e painéis solares potencialmente mais eficientes.

p Grafeno, uma folha grossa de 1 átomo de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal, tem muitas propriedades materiais desejáveis, como alta capacidade de condução de corrente e condutividade térmica. Em princípio, o grafeno pode absorver luz em qualquer frequência, tornando-o material ideal para infravermelho e outros tipos de fotodetecção, com amplas aplicações em bio-sensoriamento, imagem, e visão noturna.

p Na maioria dos dispositivos de colheita de energia solar, uma fotocorrente surge apenas na presença de uma junção entre dois materiais diferentes, como junções "p-n", a fronteira entre dois tipos de materiais semicondutores. A corrente elétrica é gerada na região de junção e se move pelas regiões distintas dos dois materiais.

p "Mas no grafeno, tudo muda, "disse Nathaniel Gabor, um professor associado de física da UCR, que co-liderou o projeto de pesquisa. "Descobrimos que as fotocorrentes podem surgir no grafeno puro sob uma condição especial em que toda a folha de grafeno está completamente livre de excesso de carga eletrônica. A geração da fotocorrente não requer junções especiais e pode, em vez disso, ser controlada, surpreendentemente, simplesmente cortando e moldando a folha de grafeno em configurações incomuns, de matrizes lineares de contatos em forma de escada, para retângulos estreitamente restritos, para bordas cônicas e com terraço. "

p O grafeno puro é completamente neutro em termos de carga, o que significa que não há cobrança eletrônica em excesso no material. Quando conectado a um dispositivo, Contudo, uma carga eletrônica pode ser introduzida aplicando uma voltagem a um metal próximo. Esta tensão pode induzir carga positiva, carga negativa, ou equilibre perfeitamente as cargas negativas e positivas para que a folha de grafeno fique perfeitamente neutra em termos de carga.

p "O dispositivo de coleta de luz que fabricamos tem a espessura de um único átomo, "Disse Gabor." Poderíamos usá-lo para projetar dispositivos semitransparentes. Eles podem ser incorporados em ambientes incomuns, como janelas, ou podem ser combinados com outros dispositivos mais convencionais de coleta de luz para coletar o excesso de energia que geralmente não é absorvido. Dependendo de como as bordas são cortadas, o dispositivo pode dar sinais extraordinariamente diferentes. "

p A equipe de pesquisa relata esta primeira observação de um mecanismo físico inteiramente novo - uma fotocorrente gerada em grafeno de carga neutra sem necessidade de junções p-n - em Nature Nanotechnology hoje.

p O trabalho anterior do laboratório Gabor mostrou uma fotocorrente em resultados de grafeno de portadores de carga "quente" altamente excitados. Quando a luz atinge o grafeno, elétrons de alta energia relaxam para formar uma população de muitos elétrons relativamente mais frios, Gabor explicou, que são posteriormente coletados como atuais. Mesmo que o grafeno não seja um semicondutor, esta população de elétrons quentes induzida pela luz pode ser usada para gerar correntes muito grandes.

p "Todo esse comportamento é devido à estrutura eletrônica única do grafeno, "disse ele." Neste 'material maravilhoso, 'a energia da luz é eficientemente convertida em energia eletrônica, que pode ser posteriormente transportado dentro do material por distâncias notavelmente longas. "

p Ele explicou que, cerca de uma década atrás, o grafeno puro foi previsto para exibir um comportamento eletrônico muito incomum:os elétrons devem se comportar como um líquido, permitindo que a energia seja transferida através do meio eletrônico, em vez de movimentar as cargas fisicamente.

p "Mas apesar desta previsão, nenhuma medição de fotocorrente foi feita em dispositivos de grafeno puro - até agora, " ele disse.

p O novo trabalho sobre o grafeno puro mostra que a energia eletrônica viaja grandes distâncias na ausência de excesso de carga eletrônica.

p A equipe de pesquisa encontrou evidências de que o novo mecanismo resulta em uma fotorresposta bastante aprimorada no regime infravermelho com uma velocidade de operação ultrarrápida.

p "Pretendemos estudar mais este efeito em uma ampla faixa de infravermelho e outras frequências, e medir sua velocidade de resposta, "disse o primeiro autor Qiong Ma, um pós-doutorado associado em física no Massachusetts Institute of Technology, ou MIT.