Сотрудники университета Пердью в Индиане показали, что элемент с фрактальным дизайном (когда узор повторяется в уменьшающимся масштабе), похожий на снежинку, помогает увеличить изначально небольшое светопоглощение графена.

Результаты исследования, опубликованные в Nano Letters, привели к разработке графеновых фотодатчиков с возрастающим фотонапряжением, быстрым распознаванием света и другими преимуществами. Работой команды руководили профессора Алекс Килдышев, Александра Болтассева и Влад Шалаев.

При всех своих достоинствах, графен плохо подходил для изготовления фотодатчиков. Из-за маленькой толщины материал имеет низкий уровень поглощения света. Чтобы усилить эту характеристику, исследователи расположили на поверхности датчика золотые контакты в форме фрактальной снежинки. Это увеличило фотонапряжение в 10 раз.

Устройство имеет и другие преимущества. Так, датчик чувствителен к свету с любым углом поляризации. Он также улавливает лучи всего видимого спектра. Скорость движения электронов в графене обеспечивает быстроту реакции на свет.

«Мы смогли разрешить важную проблему, повысив чувствительность сенсоров, — отметил один из исследователей, аспирант Ди Ван. – Как нам известно, в плазмонно улучшенных графеновых фотодатчиках ранее достичь этого не удавалось».

Предложенный фрактальный узор имеет уникальную способность поддерживать  колебания свободных электронов в широком спектральном диапазоне. Предыдущие исследования показали, что такие поверхности улучшают поглощение света за счет создания дополнительного резонанса. Он усиливается с увеличением количества фрактальных уровней. В новом исследовании ученые также установили, что метаповерхности ограничивают и усиливают электрическое поле попадающего на них света. Это ведет к увеличению фотонапряжения, генерируемого графеновым датчиком.