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Terahertzstrahlung: Neuartiger Sensor aus Graphen lässt Konkurrenz hinter sich

Terahertzstrahlung lässt sich nur schwer detektieren. Doch ein neuer Sensor beweist: Mit Hilfe von Graphen könnte man sie bald in den Griff bekommen.
Detektor für TerahertzstrahlenLaden...

Wie leistungsfähig die "Wunderfolie" Graphen tatsächlich ist, zeigt sich derzeit vor allem in der Sensortechnik. So zum Beispiel anhand eines neuen Detektors für Terahertzstrahlung, der bei Zimmertemperatur arbeitet. Er ist nach Angaben seines Mitentwicklers Dennis Drew von der University of Maryland bereits jetzt so empfindlich wie jedes herkömmliche Konkurrenzmodell "und potenziell viel besser".

Neben seiner hohen Empfindlichkeit für Terahertzstrahlen zeichnet sich der Sensor vor allem durch seine extrem schnelle Reaktion aus: Ein vergleichbar empfindliches Gerät, die Golay-Zelle, weist eine Reaktionszeit von einer Sekunde auf, die des Graphensensors hingegen liegt bei einer Nanosekunde.

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Detektor für Terahertzstrahlen | Das Team um Thomas Murphy fertigte Elektroden aus Gold und Chrom an und kombinierte sie mit dem Graphen. Mit anderen Metallen lassen sich womöglich noch bessere Ergebnisse erzielen.

Berechnungen der Forscher zeigten, dass sich auch die Empfindlichkeit um mehrere Größenordnungen verbessern lassen könnte. Die Forscher machen sich dabei einen speziellen Effekt in Graphen zu Nutze, der auf die außergewöhnlichen elektrischen Eigenschaften der zweidimensionalen Kohlenstofffolie zurückgeht. Die Terahertzphotonen regen dabei Elektronen in den Kohlenstoffatomen an, deren Energie mit Hilfe von Elektroden zweier unterschiedlicher Metalle "angezapft" werden kann. Die entstehende Spannung verrät, wie viel Strahlung den Detektor erreicht hat.

Terahertzstrahlen können eine Reihe von Materialien durchdringen und werden daher zum Beispiel in der Flughafensicherheit zur Durchleuchtung von Passagieren eingesetzt. Anders als Röntgenstrahlen sind sie für den menschlichen Körper ungefährlich. Andere Anwendungsgebiete liegen in der Produktprüfung, bei der zerstörungsfreien Analyse eines Werkstücks, aber auch in der Medizin: Mit kleinen tragbaren Terahertzsendern und -detektoren ließe sich womöglich eine Art mobiler Multifunktionssensor realisieren – ganz ähnlich wie der Tricorder aus "Raumschiff Enterprise". Im Rahmen des "Qualcomm Tricorder XPRIZE" forschen Teams derzeit an der Entwicklung solcher Geräte.

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