ເຄື່ອງກວດຈັບແສງອິນຟາເຣດທີ່ຂັບເຄື່ອນດ້ວຍຕົນເອງປະສິດທິພາບສູງ

ຂັບເຄື່ອນດ້ວຍຕົນເອງທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງເຄື່ອງກວດຈັບແສງອິນຟາເຣດ

ອິນຟາເຣດເຄື່ອງກວດຈັບແສງມີຄຸນລັກສະນະຂອງຄວາມສາມາດໃນການຕ້ານການແຊກແຊງທີ່ເຂັ້ມແຂງ, ຄວາມສາມາດໃນການຮັບຮູ້ເປົ້າໝາຍທີ່ເຂັ້ມແຂງ, ການເຮັດວຽກທຸກສະພາບອາກາດ ແລະ ການປິດບັງທີ່ດີ. ມັນມີບົດບາດສຳຄັນເພີ່ມຂຶ້ນເລື້ອຍໆໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການແພດ, ການທະຫານ, ເຕັກໂນໂລຊີອາວະກາດ ແລະ ວິສະວະກຳສິ່ງແວດລ້ອມ. ໃນນັ້ນ, ລະບົບຂັບເຄື່ອນດ້ວຍຕົນເອງການກວດຈັບແສງໄຟຟ້າຊິບທີ່ສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ຢ່າງເປັນອິດສະຫຼະໂດຍບໍ່ຕ້ອງມີການສະໜອງພະລັງງານເພີ່ມເຕີມຈາກພາຍນອກໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຂົງເຂດການກວດຈັບອິນຟາເຣດເນື່ອງຈາກປະສິດທິພາບທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງມັນ (ເຊັ່ນ: ຄວາມເປັນເອກະລາດດ້ານພະລັງງານ, ຄວາມອ່ອນໄຫວສູງ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງ, ແລະອື່ນໆ). ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຊິບກວດຈັບແສງໄຟຟ້າແບບດັ້ງເດີມ, ເຊັ່ນ: ຊິບອິນຟາເຣດທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນ ຫຼື ຊິບອິນຟາເຣດທີ່ອີງໃສ່ແຖບແຄບແບນ, ບໍ່ພຽງແຕ່ຕ້ອງການແຮງດັນໄຟຟ້າໄບອັສເພີ່ມເຕີມເພື່ອຂັບເຄື່ອນການແຍກຕົວນຳແສງເພື່ອຜະລິດກະແສແສງ, ແຕ່ຍັງຕ້ອງການລະບົບເຮັດຄວາມເຢັນເພີ່ມເຕີມເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນສຽງລົບກວນທາງຄວາມຮ້ອນ ແລະ ປັບປຸງການຕອບສະໜອງ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນຈຶ່ງກາຍເປັນເລື່ອງຍາກທີ່ຈະຕອບສະໜອງແນວຄວາມຄິດ ແລະ ຄວາມຕ້ອງການຂອງຊິບກວດຈັບອິນຟາເຣດລຸ້ນຕໍ່ໄປໃນອະນາຄົດ, ເຊັ່ນ: ການໃຊ້ພະລັງງານຕ່ຳ, ຂະໜາດນ້ອຍ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ຳ ແລະ ປະສິດທິພາບສູງ.

ເມື່ອບໍ່ດົນມານີ້, ທີມງານຄົ້ນຄວ້າຈາກປະເທດຈີນ ແລະ ປະເທດສະວີເດັນ ໄດ້ສະເໜີຊິບກວດຈັບແສງອີເລັກທຣິກອິນຟາເຣດຄື້ນສັ້ນ (SWIR) ແບບ pin heterojunction ແບບໃໝ່ ໂດຍອີງໃສ່ຟິມ graphene nanoribbon (GNR)/ອະລູມິນາ/ຊິລິກອນຜລຶກດຽວ. ພາຍໃຕ້ຜົນກະທົບລວມຂອງຜົນກະທົບຂອງ optical gating ທີ່ເກີດຈາກການໂຕ້ຕອບທີ່ບໍ່ເປັນເອກະພາບ ແລະ ສະໜາມໄຟຟ້າໃນຕົວ, ຊິບໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນປະສິດທິພາບການຕອບສະໜອງ ແລະ ການກວດຈັບທີ່ສູງຫຼາຍທີ່ແຮງດັນອະຄະຕິສູນ. ຊິບກວດຈັບແສງອີເລັກທຣິກມີອັດຕາການຕອບສະໜອງ A ສູງເຖິງ 75.3 A/W ໃນຮູບແບບຂັບເຄື່ອນດ້ວຍຕົນເອງ, ອັດຕາການກວດພົບ 7.5 × 10¹⁴ Jones, ແລະ ປະສິດທິພາບ quantum ພາຍນອກໃກ້ກັບ 104%, ເຊິ່ງປັບປຸງປະສິດທິພາບການກວດຈັບຂອງຊິບທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນປະເພດດຽວກັນໄດ້ເປັນປະຫວັດການເຖິງ 7 ລຳດັບຄວາມໃຫຍ່. ນອກຈາກນັ້ນ, ພາຍໃຕ້ຮູບແບບຂັບເຄື່ອນແບບທຳມະດາ, ອັດຕາການຕອບສະໜອງ, ອັດຕາການກວດພົບ, ແລະ ປະສິດທິພາບ quantum ພາຍນອກຂອງຊິບແມ່ນສູງເຖິງ 843 A/W, 10¹⁵ Jones, ແລະ 105% ຕາມລຳດັບ, ເຊິ່ງທັງໝົດນີ້ແມ່ນຄ່າສູງສຸດທີ່ລາຍງານໃນການຄົ້ນຄວ້າໃນປະຈຸບັນ. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ການຄົ້ນຄວ້ານີ້ຍັງໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການນໍາໃຊ້ຊິບກວດຈັບແສງໄຟຟ້າໃນໂລກຕົວຈິງໃນຂົງເຂດການສື່ສານທາງແສງ ແລະ ການຖ່າຍພາບອິນຟາເຣດ, ເຊິ່ງເນັ້ນໃຫ້ເຫັນເຖິງທ່າແຮງການນໍາໃຊ້ອັນໃຫຍ່ຫຼວງຂອງມັນ.

ເພື່ອສຶກສາປະສິດທິພາບຂອງໂຟໂຕເອເລັກຕຣິກຂອງເຄື່ອງກວດຈັບໂຟໂຕເອເລັກຕຣິກໂດຍອີງໃສ່ graphene nanoribbons /Al₂O₃/ ຊິລິກອນຜລຶກດ່ຽວ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ທົດສອບການຕອບສະໜອງລັກສະນະສະຖິດ (ເສັ້ນໂຄ້ງກະແສໄຟຟ້າ-ແຮງດັນ) ແລະ ການເຄື່ອນໄຫວ (ເສັ້ນໂຄ້ງກະແສໄຟຟ້າ-ເວລາ). ເພື່ອປະເມີນລັກສະນະການຕອບສະໜອງທາງແສງຂອງເຄື່ອງກວດຈັບໂຟໂຕໂຄງສ້າງ heterostructure graphene nanoribbon /Al₂O₃/ ຊິລິກອນ monocrystalline ພາຍໃຕ້ແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ວັດແທກການຕອບສະໜອງກະແສໄຟຟ້າແບບເຄື່ອນໄຫວຂອງອຸປະກອນທີ່ຄວາມລຳອຽງ 0 V, -1 V, -3 V ແລະ -5 V, ດ້ວຍຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານແສງ 8.15 μW/cm². ກະແສໄຟຟ້າເພີ່ມຂຶ້ນຕາມຄວາມລຳອຽງປີ້ນກັບກັນ ແລະ ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມໄວຕອບສະໜອງທີ່ໄວທີ່ແຮງດັນໄຟຟ້າອະຄະຕິທັງໝົດ.

ສຸດທ້າຍ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ປະດິດລະບົບການຖ່າຍພາບ ແລະ ປະສົບຜົນສຳເລັດໃນການຖ່າຍພາບອິນຟາເຣດຄື້ນສັ້ນທີ່ໃຊ້ພະລັງງານດ້ວຍຕົນເອງ. ລະບົບດັ່ງກ່າວເຮັດວຽກພາຍໃຕ້ອະຄະຕິສູນ ແລະ ບໍ່ມີການໃຊ້ພະລັງງານເລີຍ. ຄວາມສາມາດໃນການຖ່າຍພາບຂອງເຄື່ອງກວດຈັບແສງໄດ້ຖືກປະເມີນໂດຍໃຊ້ໜ້າກາກສີດຳທີ່ມີຮູບແບບຕົວອັກສອນ "T" (ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1).

ສະຫຼຸບແລ້ວ, ການຄົ້ນຄວ້ານີ້ໄດ້ຜະລິດເຄື່ອງກວດຈັບແສງທີ່ໃຊ້ພະລັງງານດ້ວຍຕົນເອງໂດຍອີງໃສ່ graphene nanoribbons ແລະບັນລຸອັດຕາການຕອບສະໜອງທີ່ສູງເປັນປະຫວັດການ. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຢ່າງສຳເລັດຜົນກ່ຽວກັບຄວາມສາມາດໃນການສື່ສານທາງແສງ ແລະ ການຖ່າຍພາບຂອງສິ່ງນີ້ເຄື່ອງກວດຈັບແສງທີ່ຕອບສະໜອງສູງຜົນສຳເລັດການຄົ້ນຄວ້ານີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ສະໜອງວິທີການປະຕິບັດຕົວຈິງສຳລັບການພັດທະນາຣິບບອນນາໂນກຣາຟີນ ແລະ ອຸປະກອນອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງປະສິດທິພາບທີ່ດີເລີດຂອງພວກມັນເປັນເຄື່ອງກວດຈັບແສງອິນຟາເຣດຄື້ນສັ້ນທີ່ໃຊ້ພະລັງງານດ້ວຍຕົນເອງ.