กราฟีนเป็นแผ่นคาร์บอนที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียว และมีคุณสมบัติพิเศษหลายอย่าง เช่น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่สูงเป็นพิเศษและค่าการนำความร้อนสูง โดยหลักการแล้ว มันสามารถดูดซับแสงได้ในทุกความถี่ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในเครื่องตรวจจับแสง ไบโอเซนเซอร์ และไบโออิมเมจ ตลอดจนในอุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืน
ตอนนี้ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
ที่ริเวอร์ไซด์และสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้ค้นพบว่ากราฟีนที่บริสุทธิ์สามารถผลิตโฟโตเคอร์เรนต์จำนวนมากเมื่อส่องสว่างด้วยแสงหากทำเป็นรูปทรงพิเศษที่หดตัว สิ่งที่ไม่คาดคิดเกี่ยวกับโฟโตเคอร์เรนต์นี้คือมันเกิดขึ้นที่จุดเป็นกลางประจุของกราฟีน ซึ่งไม่คาดว่าจะมีกระแสไหลเลย
ในปี 2011 ทีมนักวิจัยที่นำโดยPablo Jarillo-Herreroค้นพบว่าเมื่อสัมผัสกับแสงgraphene จะผลิต “อิเล็กตรอนร้อน” ซึ่งจะสร้างโฟโตเคอร์เรนต์ ระบอบการปกครองที่เรียกว่า hot-carrier นั้นผิดปกติมากและปกติจะเห็นได้เฉพาะที่อุณหภูมิต่ำมากหรือในกระบวนการที่ไม่เป็นเชิงเส้นมากเท่านั้น แต่ในกราฟีนจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิทั้งหมดตั้งแต่ต่ำมากจนถึงอุณหภูมิห้อง – และในระบอบการปกครองเชิงเส้น – เมื่อวัสดุถูกกระตุ้นด้วยเลเซอร์
กราฟีนยังสามารถผลิตโฟโตเคอร์เรนต์เมื่ออยู่ภายใต้สนามไฟฟ้า แม้ว่าที่จริงแล้วกระบวนการที่รับผิดชอบในการผลิตโฟโตเคอร์เรนต์ทั้งสองประเภทนี้ (เทอร์โมอิเล็กทริกและโฟโตโวลตาอิก) จะแตกต่างกันมาก แต่ก็มีคุณสมบัติทั่วไปเหมือนกันคือมีความโดดเด่นที่ความหนาแน่นประจุสูง แต่ถูกระงับที่จุดเป็นกลางของประจุ นี่คือจุดที่เวเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้ามาบรรจบกันและเรียกอีกอย่างว่าจุดไดแรค พฤติกรรมนี้ตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงกับสิ่งที่นักวิจัยสังเกตเห็นในกราฟีนบริสุทธิ์ นั่นคือ กราฟีนไม่มีประจุไฟฟ้าส่วนเกิน เช่น ที่เกิดจากยาสลบหรือข้อบกพร่อง
การกำหนดค่าที่ผิดปกติ
ทีมงานได้สังเกตโฟโตเคอร์เรนต์แบบจุด Dirac ในตัวอย่างที่ตัดและจัดรูปแบบเป็นโครงร่างที่ไม่ปกติ เช่น อาร์เรย์เชิงเส้นคล้ายบันได สี่เหลี่ยมผืนผ้าที่สร้างขึ้นอย่างแคบ และตัวอย่างที่มีขอบเรียวและปรับให้เหมาะสม โฟโตเคอร์เรนต์ที่ใหญ่ที่สุดจะปรากฏในพื้นที่ที่มีการหดตัว เช่น ในบริเวณที่ริบบิ้นแคบเชื่อมต่อบริเวณกว้าง เมื่อส่องสว่างด้วยแสง
Jarillo-Herrero และเพื่อนร่วมงานได้ผลลัพธ์จากการกระตุ้นตัวอย่างด้วยเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องที่มีความยาวคลื่น 850 นาโนเมตรที่โฟกัส และวัดโฟโตเคอร์เรนต์นี้ผ่านหน้าสัมผัสของแหล่งกำเนิดและระบายอิเล็กโทรด
Jarillo-Herrero อธิบาย “จนถึงขณะนี้ การแปลงแสงเป็นไฟฟ้าในกราฟีนอาศัยเอฟเฟกต์โฟโตเทอร์โมอิเล็กทริก “เพื่อให้เอฟเฟกต์นี้ใช้งานได้ เราจำเป็นต้องมีจุดเชื่อมต่อระหว่างกราฟีนที่เจือด้วยอิเล็กตรอนและรูพรุน สิ่งนี้เหมือนกับสิ่งที่เราต้องการในอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์หรืออุปกรณ์ตรวจจับแสงส่วนใหญ่ ที่นี่ กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในบริเวณทางแยกและเคลื่อนผ่านพื้นที่ที่แตกต่างกันระหว่างส่วนที่เจือต่างกัน
“สิ่งที่แตกต่างในกราฟีนคือระดับ Fermi เลื่อนออกจากจุด Dirac และเข้าสู่แถบการนำไฟฟ้าหรือวาเลนซ์เมื่อวัสดุถูกเจือด้วยตัวพาประจุ และน่าเสียดายที่สิ่งนี้ขัดขวางความสามารถของวัสดุในการดูดซับโฟตอนความถี่ต่ำ”ไม่จำเป็นต้องมีทางแยกพิเศษ“ในงานใหม่ของเรา เราแสดงให้เห็นว่ากราฟีนบริสุทธิ์สามารถแปลงแสงเป็นไฟฟ้าได้เป็นอย่างดีโดยไม่ต้องใช้ยาสลบและไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้างจุดต่อ pn ซึ่งหมายความว่ายังคงดูดซับแสงที่ความถี่ต่ำ”
เมื่อเราฉายแสงเลเซอร์บนอุปกรณ์ที่เป็นกลาง
อย่างสมบูรณ์ อิเล็กตรอนจะถูกผลักออกจากลำแสง ซึ่งขับกระแสไฟในท้องถิ่น สมาชิกในทีมนาธาเนียล กาบอร์ กล่าวเสริม “เมื่อคุณฉายแสงเลเซอร์ไปที่มุมหรือบริเวณที่หดตัว อิเล็กตรอนจะถูกบังคับให้เดินทางในบางทิศทางเท่านั้น (พวกมันจะต้องอยู่ในแนวเดียวกัน) และเนื่องจากอิเล็กตรอนเดินทางเป็นระยะทางไกลที่จุดไดแรคในกราฟีน พวกมันจึงผลิตโฟโตกระแสไฟที่แรง”
กราฟีนมุมมหัศจรรย์ทำตัวเหมือนตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงอิเล็กตรอนมีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนปรากฏการณนี้มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนในกราฟีนบริสุทธิ์มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงต่อกันและกัน เนื่องจากพวกมันถูกกักขังอยู่ในเมมเบรนขนาดอะตอมที่บางมาก เขากล่าวเสริม พวกมันจึงถูกคาดหวังให้ประพฤติตัวเป็นของเหลว โดยถ่ายเทพลังงานรวมกันขณะเคลื่อนที่
“การรวมอิเล็กตรอนร้อนที่มีอยู่ในกราฟีนเข้ากับความจริงที่ว่าเราไม่ต้องการจุดเชื่อมต่อใด ๆ ซึ่งหมายความว่าเราสามารถออกแบบและควบคุมพฤติกรรมของอุปกรณ์เก็บเกี่ยวแสงที่ทำจากวัสดุนี้โดยเพียงแค่ใช้ประโยชน์จากรูปร่างและขนาด ของตัวอย่าง ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากตัวอย่างมีความหนาเพียงอะตอมเดียว เราจึงสามารถใช้มันเพื่อสร้างอุปกรณ์กึ่งโปร่งใสและมีรูปร่างเพื่อสร้างอิเล็กตรอนร้อนจำนวนมาก สิ่งเหล่านี้อาจฝังอยู่ในโครงสร้าง เช่น บานหน้าต่าง เป็นต้น หรือรวมกับวัสดุที่ไวต่อแสงแบบธรรมดาอื่นๆ เพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานส่วนเกินจากแสงแดดที่ปกติแล้วจะไม่ดูดซับ
นักวิจัยซึ่งมีรายละเอียดเกี่ยวกับงานของพวกเขาในNature Nanotechnologyกล่าวว่าตอนนี้พวกเขาวางแผนที่จะศึกษาผลกระทบของโฟโตเคอร์เรนซีภายในของกราฟีนเพิ่มเติมในช่วงความถี่อินฟราเรดและ THz และวัดความเร็วในการตอบสนอง “งานปัจจุบันของเราดำเนินการกับตัวอย่างแผ่นคาร์บอนที่มีการขัดผิวด้วยเครื่องจักร และตอนนี้เราหวังว่าจะใช้วัสดุที่ปลูกโดยการสะสมไอเคมี (CVD) เป็นขั้นตอนต่อไปในการเพิ่มขนาด” Jarillo-Herrero กล่าว
ทำได้เกือบทุกรูปทรง “ดังที่กล่าวไปแล้ว เทคนิคการพิมพ์หินส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันจำกัดอยู่ที่ 2D และในขณะที่การเขียนด้วยเลเซอร์โดยตรงสามารถสร้างวัตถุ 3D ได้ แต่สิ่งเหล่านี้จะต้องเชื่อมต่อและรองรับตัวเอง และต้องทำจากพอลิเมอร์เฉพาะที่เหมาะสมกับกระบวนการเขียนด้วยเลเซอร์” ทีมอธิบาย สมาชิกDaniel OranและSam Rodriques “ในทางตรงกันข้าม เทคนิคของเราไม่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับรูปทรงที่สามารถประดิษฐ์ได้ และโครงสร้างก็ไม่จำเป็นต้องรองรับตัวเองหรือเชื่อมต่อกัน นอกจากนี้เรายังสามารถจัดรูปแบบวัสดุที่มีประโยชน์มากขึ้นโดยตรง เช่น โลหะหรือนาโนคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์”
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>เว็บสล็อตแตกง่าย
