中佛罗里达大学（UCF）的研究人员、UCF纳米科学技术中心的教授Debashis Chanda开发了一种新技术，可以探测不同波长或“颜色”的长波红外（LWIR）光子。
这项研究最近发表在美国化学学会出版的杂志《纳米快报》上。
新的检测和成像技术将应用于分析材料的光谱特性，或光谱成像，以及热成像应用。
人类能感知原色和次色，但不能感知红外光。科学家们假设，像蛇或夜行动物这样的动物可以探测到红外线中的各种波长，就像人类感知颜色一样。
Chanda说，由于光子能量较弱，在室温下进行红外探测，特别是LWIR，一直是一个长期的挑战。
这名研究人员说，LWIR探测器可以大致分为冷却型和非冷却型探测器。
冷却探测器具有高探测率和快速响应时间的优点，但它们对低温冷却的依赖大大增加了它们的成本并限制了它们的实际应用。
Chanda说，相比之下，像微辐射热计这样的非冷却探测器可以在室温下工作，成本相对较低，但灵敏度较低，响应时间较慢。
这两种LWIR探测器都缺乏动态光谱可调性，因此它们无法区分不同“颜色”的光子波长。
Chanda和他的博士后学者团队试图超越现有LWIR探测器的局限性，因此他们致力于展示一种基于纳米化石墨烯的高灵敏度、高效和动态可调的方法。
郭天一博士是这项研究的主要作者。郭于2023年在钱达华的指导下完成了他在UCF的博士学位。他是施普林格Nature的国际论文奖获得者，他的论文探索潜在的LWIR检测方法发表在施普林格论文系列丛书中。
这种新发现的方法是郭、Chanda和Chanda实验室的其他人进行的研究的高潮，Chanda说。
“目前没有冷却或非冷却的探测器能提供这样的动态光谱可调性和超快响应，”Chanda说。“这次演示强调了工程单层石墨烯LWIR探测器在室温下工作的潜力，为光谱成像提供了高灵敏度和动态光谱可调性。”
该探测器依赖于不对称石墨烯薄膜内材料的温差（称为塞贝克效应）。在光照和相互作用下，有图案的一半产生热载流子，大大增强了吸收，而没有图案的一半保持凉爽。热载流子的扩散产生光热电电压，并在源极和漏极之间测量。
通过将石墨烯形成一个专门的阵列，研究人员实现了增强的吸收，并且可以进一步在LWIR光谱范围内进行静电调谐，并提供更好的红外探测。该探测器的能力大大超过了传统的非冷却红外探测器——也被称为微辐射热计。
Chanda说：“提出的检测平台为新一代非冷却石墨烯基LWIR光电探测器铺平了道路，该探测器可广泛应用于消费电子、分子传感和空间等领域。”
Chanda团队的研究人员包括博士后学者Aritra Biswas '21MS '24PhD, Sayan Chandra， Arindam Dasgupta和Muhammad Waqas Shabbir '16MS '21PhD。
该发现是一项150万美元的项目的结果，该项目由美国国防高级研究计划局的“极限光子成像能力”项目资助，该项目于近两年前授予。
