光电|英国曼彻斯特大学研究出光子——质子效应的石墨烯光电器件，能使光电探测器相应速度比硅高10万倍

两年前英国曼彻斯特大学的研究成果证明，石墨烯薄膜可以作为清理核电厂核废料的过滤器。尽管目前还不清楚石墨烯膜的这种特殊应用在核废料清理方面有什么进展，但他们在接下来的两年中发现了一个关于这些石墨烯膜的有趣现象：质子可以通过石墨烯传输。

在此基础之上，曼彻斯特大学的Andre Geim的团队开始研究是否可以通过添加其它光敏材料（如二氧化钛（TiO₂））来增强石墨烯的质子传输能力。事实证明，石墨烯效果非常好。

器件工作原理

在“自然纳米技术”杂志上发表的研究中，曼彻斯特大学的Marcelo Lozada-Hidalgo及其团队成员发布了一项研究成果，掺杂铂（Pt）纳米颗粒装饰的单层石墨烯制成的器件。实质是光子激发纳米颗粒周围的石墨烯中的电子。结果，电子对质子反应强力，这又导致电子与质子重新结合，在Pt纳米颗粒上形成氢分子。

从某种意义上讲，这种机制与半导体光电探测器中的电子 - 空穴复合不太相似。这些石墨烯器件是基于质子传输的，而现在的所有光电探测器都是基于电子传输的。

Lozada-Hidalgo说：“因为我们的器件利用质子而不是电子，可能会导致新的光电探测器架构，甚至可能还有其它功能”。

器件性能

按照Lozada-Hidalgo的说法，这项工作最引人注目的特征之一就是这些器件不仅能匹配大多数商用光电探测器，而且在某些关键性能指标上已经大大超过了它们的性能。

通常用三个参数来评估光电探测器：光响应性、噪声等效功率（考虑到黑暗中的有限电噪声，可测量最小辐射功率）和响应时间。

Lozada-Hidalgo说：“我们器件的光响应度比大多数商用硅光电二极管高10万倍。

尽管Lozada-Hidalgo认为响应时间目前受测量设置的限制，但它仍然可以与非专用硅光电二极管相媲美。第三个参数噪声等效功率与商用硅光电探测器相当或更高。这种比较表明，质子为基础的器件可能适合于某些应用。”

研究人员还发现，入射到膜上的每个光子都会诱导10,000个质子的传输。 而大多数基于电子传输的光电探测器，比如硅，只能为每一个光子事件产生一个电子。

根据Lozada-Hidalgo的说法，这些器件还有改进的空间，一个有效途径是添加其他光敏材料，如量子点，可进一步增强器件的光响应。

应用前景

光电探测器看起来是该技术最有前途的应用，但它们也可用于人造光合作用，也称为光电化学还原。在传统的人工光合作用中。

光子 - 质子效应将与半导体方法大不相同。该器件不仅能检测光线，而且还能在此过程中产生氢气。

只有时间才能证明这是否可以用于新技术中。