石墨烯光电探测器中的超快本征光-电转换动力学
介观与纳米尺度物理
2025-06-09 v2 材料科学
应用物理
光学
摘要
石墨烯中的光-电（O-E）转换是实现预期超快、低功耗信息技术的一个核心现象。然而，揭示其机制与本征时间尺度需要尚未探明的太赫兹（THz）电子学与器件架构。在此，我们通过对超快光热电动势的电流进行片上电学读出，成功解析了高质量石墨烯中的 O-E 转换过程。利用电阻性氧化锌顶栅抑制 RC 时间常数，我们构建了带宽高达 220 GHz 的栅可调石墨烯光电探测器。通过测量非局域光电流动力学，我们发现根据 Shockley-Ramo 定理，电极对光电流的提取是瞬时的，在数微米长的石墨烯中没有可测量的载流子渡越时间。光电流产生的时间可从即时可调至 > 4 ps，其起源被确定为费米能级依赖的带内载流子–载流子散射。我们的结果弥合了超快光学科学与器件工程之间的鸿沟，加速了超快石墨烯光电子应用。
引用
@article{arxiv.2203.05752,
title = {Ultrafast intrinsic optical-to-electrical conversion dynamics in graphene photodetector},
author = {Katsumasa Yoshioka and Taro Wakamura and Masayuki Hashisaka and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Norio Kumada},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.05752},
year = {2025}
}
备注
13 pages, 4 figures, Supplementary information