等离子体天线耦合双曲声子极化激元实现石墨烯中灵敏快速的中红外光电探测
介观与纳米尺度物理
2020-09-30 v1 应用物理
仪器与探测器
光学
摘要
集成并操控范德瓦耳斯异质结的纳米光电子特性，可为光电探测与传感提供前所未有的平台。红外光电探测器的主要挑战在于将光汇聚到微小的纳米级有源区并高效转换为电信号。在此，我们在一个器件中克服了所有这些挑战：通过将等离子体天线高效耦合到六方氮化硼中的双曲声子极化激元，将中红外光高度集中到石墨烯 p-n 结中。我们通过器件几何结构平衡了石墨烯的吸收、电导与热导之间的相互作用。这一新方法带来了卓越的器件性能，包括室温高灵敏度（NEP 为 82 pW/√Hz）和 17 纳秒（受测试装置限制）的快速上升时间等，从而实现了当前最先进石墨烯和商业中红外探测器所不具备的综合性能。我们还建立了多物理场模型，与实验结果高度定量吻合，并揭示了光响应的不同贡献，从而为这类光电探测器的进一步改进（甚至超越中红外范围）铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2006.00358,
title = {Plasmonic antenna coupling to hyperbolic phonon-polaritons for sensitive and fast mid-infrared photodetection with graphene},
author = {Sebastián Castilla and Ioannis Vangelidis and Varun-Varma Pusapati and Jordan Goldstein and Marta Autore and Tetiana Slipchenko and Khannan Rajendran and Seyoon Kim and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Luis Martín-Moreno and Dirk Englund and Klaas-Jan Tielrooij and Rainer Hillenbrand and Elefterios Lidorikis and Frank H. L. Koppens},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.00358},
year = {2020}
}