随着我们对核聚变研究的不断深入，人们对能够在高能源环境中运行的技术的需求变得越来越迫切。现在，英国和西班牙的研究人员发现了一种可以让我们在核反应堆内拍照的材料。
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研究人员​

过去，石墨烯被用来设计柔性光电探测器，它可以在很大的频率范围内进行操作。然而，与目前的无机光电探测器相比，柔性光电探测器的分辨率和功率仍然是不达标的。

石墨烯可以通过增加电荷载流子（电子或空穴）的密度来解决化学掺杂这些问题。在石墨烯层之间添加氯化铁（FeCl3）分子，能在材料中产生极高浓度的载体。在这种环境条件下，FeCl3插层的几层石墨烯（FLG）也是稳定的。它的导电率是纯单层石墨烯的1000倍，同时在可见的频率范围内保持同样低的吸收。

以此材料为基础，Saverio Russo和他在英国埃克塞特大学的团队使用激光来雕刻较低载体浓度的区域。激光去除一些FeCl3分子，并在高掺杂和激光处理区域的材料之间产生光激活连接。当光照射到这个结点上时，就可以在整个材料上检测到电流，就像摄像头传感器中的像素一样。

极光检测器的使用诀窍

这种特殊材料的巧妙性在于载体具有超高载流子浓度并可以加速冷却。不同于以前研究的器件，载波的反应纯粹是光伏发电。在FeCl3插入的FLG中，当载流子由入射光子产生时，由于两侧的电荷密度差产生的电场导致电子和空穴的分离，这反过来就产生电流。

在其他基于石墨烯的光电探测器中，载流子行为由光电（PTE）效应控制; 连接点两侧的Seebeck系数之间的差异是导致热载体在照射时的扩散的原因，就如同在常见的热电偶中一样。这意味着该反应通过几个区域发生了扩散，这限制了像素的大小和堆积密度。用使用FeCl3插层的FLG代替产生了具有巨大的优势，因为像素的微型化不受热隔离必须的阻碍。
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光电连接：原理图和带图​

“这是一种神奇的材料。我们的研究结果首次表明，石墨烯的光电探测器并不总是由PTE主导，”本文的作者Adolfo De Sanctis说。 事实上，PTE效应的减少，会带来另一个奇迹。 由FeCl3插入的FLG制成的像素在一定范围内的入射光束具有线性光子反应（并且是可预测的和可靠的），比其他以石墨烯为基础的器件高出约4500倍。 这个巨大的线性动态范围适用于从中波红外线到长波紫外线的频率。这使得这些像素在诸如核反应堆的极端环境中是理想的，或者将它用于核聚变所需的高能激光器。

破坏衍射极限

在没有PTE效应的情况下，结的大小受到来自于产生激光衍射极限的限制。由Frank Koppens领导的西班牙研究所（ICFO）的一个团队中的研究人员通过合作，在创建交汇点时，超越了衍射的极限。使用近场光学纳米镜去除FeCl3分子，并产生宽度仅为250nm的结，这超过了激光衍射极限的一半。

研究人员面临的下一个挑战是在于生产更大的这种令人振奋的材料。然后，他们可以模拟广泛的光活性连接阵列，创建出适合现代研究的成像设备，并带领我们直面极端环境。

您可以在《科学进步》杂志上发表的原文中阅读更多关于这项工作的信息。

作者简介：
Lauren Barr是埃克塞特大学纳米技术网站的一名博士生导师，他主要研究手性电磁场的性质。