光检测和控制是许多现代设备应用的核心，如智能手机的相机，他们使用的传感器完全依赖于CMOS(数码摄影中的图像传感器)。使用石墨烯作为光探测器的光敏感材料，可以对目前使用的材料提供显著的改进。石墨烯传感器是由石墨烯制作而成的用途广泛的高光敏度传感器。这种新型传感器的关键在于使用了“滞留光线”的纳米结构。纳米结构能够比传统的传感器更长时间的捕获产生光线的电子微粒。

例如，石墨烯由于自身独特的结构性质，可以检测几乎任何颜色的光，并且在一百万分之一秒的范围内提供非常快的电子响应，这些优异的特性导致石墨烯在光检测和控制领域具有非常大潜力。因此，为了正确地设计基于石墨烯的光探测器，了解石墨烯在吸收光之后发生的过程是至关重要的。

来自德国法耳次州首府美因茨莱茵兰的研究者Hai Wang博士、Dmitry Turchinovich教授、Mathias Kläui教授和Mischa Bonn教授，与来自欧洲各实验室的科学家合作，现在已经成功地理解了这些过程。该项目由西班牙ICFO的博士Klaas Jan Tielrooij领导，他最近当选为美因兹卓越研究生院材料科学客座教授。

超快光泵

超快光泵-太赫兹探针实验的示意图，其中光泵引起电子加热，太赫兹脉冲对石墨烯加热过程后，石墨烯的导电率变得非常敏感。(图像来源：Fabien Vialla)

最近他们将结果发表在《Science Advances》杂志上，名为(“The ultrafast dynamics and conductivity of photoexcited graphene at different Fermi energies”)(不同费米能级下光激发石墨烯的超快动力学和电导率)，为什么石墨烯在吸收光之后，导电率在某些情况下增加，而在其他情况下却产生了下降？他们的工作对这个疑惑提供了一个透彻的解释。

研究人员能够证明，这种行为与吸收光的能量流向石墨烯电子的方式有关：在光被石墨烯吸收之后，石墨烯电子加热的过程发生得非常快，效率很高。

对于具有许多自由电子的高掺杂石墨烯，超快电子加热导致载流子的载有能量升高，这就是所谓的热载流子。这个结果反过来又导致导电率的降低。有趣的是，对于具有较少自由电子的弱掺杂石墨烯，电子加热导致额外的自由电子的产生，从而增加了导电性。这些额外的载流子是石墨烯无间隙性质的直接结果。在空隙材料中，电子加热不会导致额外的自由载流子。

在石墨烯中，光诱导电子加热的这种简单场景可以解释许多观察到的效应。除了描述光吸收后，材料的导电性质外，还可以解释载流子的增加，其中在特定条件下，吸收一个光粒子，即光子，可以间接产生一个以上的额外自由电子，从而在器件内产生有效的光响应。

该论文的结果，特别是理解电子加热的过程非常准确，在设计和开发基于石墨烯的光检测技术领域，这种精确的理解可以对产品设计提供帮助，此外，这个结果必将意味着石墨烯在传感器领域将会带来巨大的影响。