미국 캘리포니아 대학(University of California Los Angeles)의 연구진은 더 많은 유형의 빛을 활용할 수 있는 새로운 그래핀 광 검출기를 개발했다. 이 장치는 뛰어난 감지 및 이미징 기능을 갖추고 있다.

광 검출기는 광 센서이다. 이것은 광자를 감지해서 이미지화한다. 광 검출기들은 광 스펙트럼의 서로 다른 부분들을 감지하도록 만들어진다. 예를 들어, 어떤 광 검출기는 열 방사선을 감지하는 야간 투시경에 사용되고, 카메라 속에 사용되는 또 다른 광 검출기는 화학 물질을 식별하는데 사용된다.

광 검출기가 유용한지에 대한 판단근거는 작동 속도, 낮은 광량에 대한 민감도, 감지할 수 있는 스펙트럼의 수에 달려있다. 일반적으로 이런 기능들은 서로 상반되는 특성을 가지고 있기 때문에 이중 한 개의 기능을 향상시키면 다른 두 개 중의 하나 이상이 감소된다. 이번에 개발된 광 검출기는 다양한 스펙트럼에서 작동되고, 이미지를 보다 신속하게 처리할 수 있으며, 낮은 광량에도 민감하다.

새로운 광 검출기는 그래핀의 고유한 특성을 활용한다. 그래핀은 자외선에부터 가시광선, 자외선, 고주파 대역까지 광범위한 전자기 스펙트럼으로부터 에너지를 흡수할 수 있기 때문에 광자 검출에 탁월한 재료이다. 또한 그래핀은 매우 우수한 전도체이다.

이번 연구진은 광 검출기를 제조하기 위해서 실리콘 이산화물 층 위에 그래핀을 적층시켰다. 그런 후에, 100 나노미터의 폭을 가진 금으로 빗살 모양의 나노크기 패턴을 만들었다. 그래핀은 인입 광자를 잡아서 전기 신호로 변환시키는 그물망의 역할을 했다.

개발된 광 검출기는 의료용으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 온도의 미묘한 차이를 검출함으로써 환자에 대한 더 많은 정보를 줄 수 있는 열 화상을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 또한 환경 분야에도 적용될 수 있는데, 이것은 오염 물질의 농도를 보다 정확하게 확인할 수 있게 한다.

이 연구결과는 저널 Light : Science and Applications에 “Gold-patched graphene nano-stripes for high-responsivity and ultrafast photodetection from the visible to infrared regime” 라는 제목으로 게재되었다.