Ulepszone fotodetektory w nanoskali
Wszystkie przedmioty emitują i pochłaniają promieniowanie podczerwone, które jest postrzegane przez ludzi jako ciepło. Techniki podczerwieni są używane w bardzo różnych zastosowaniach, od wojskowych i maszynowych systemów wizyjnych po monitorowanie reakcji chemicznych i obrazowanie biomedyczne. Zwiększenie czułości niezbędnych detektorów przy jednoczesnym obniżeniu ich kosztu zapewni UE konkurencyjność na dużym rynku globalnym. Aby sprostać temu wyzwaniu, powołano do życia finansowany ze środków UE projekt "Colloidal quantum dot infrared photodetectors" (COQUADOT). Za jego cel przyjęto połączenie zaawansowanych właściwości koloidalnych kropek kwantowych przetwarzanych w roztworze z tanimi metodami masowej produkcji kompatybilnymi z technologiami monolitycznych cienkich warstw krzemowych. Kropki kwantowe to drobniutkie nanokryształy materiału półprzewodnikowego. Naukowcy z projektu COQUADOT zajęli się badaniem wykorzystania kropek kwantowych i plazmoniki do opracowania czułych metod wykrywania optycznego obejmujących światło widzialne i promieniowanie podczerwone. Plazmonika to względnie młoda dziedzina zajmująca się badaniem zjawisk zachodzących w polach optycznych podczas interakcji pola elektromagnetycznego z przewodzącymi prąd elektronami na powierzchni metalu lub w nanostrukturach metalicznych, gdy odległość od powierzchni jest mniejsza niż długość fali. Zintegrowanie kropek kwantowych ze strukturami plazmonowymi, w tym z nowatorskimi nanostrukturami ogniskującymi w rodzaju siatek koncentrycznych, pozwoliło uzyskać znacznie lepsze wyniki. W nowatorskich fotodetektorach hybrydowych połączono koloidalne kropki kwantowe z grafenem i innymi półprzewodnikami dwuwymiarowymi. Przyniosło to bezprecedensowe wyniki pod względem sprawności reagowania i czułości. Dalsze doskonalenie innowacyjnych fotodetektorów umożliwiło pracę zarówno w zakresie światła widzialnego, jak i podczerwieni. Drugi kierunek badań dotyczył nowatorskiego podejścia do przezwyciężenia ograniczeń kropek kwantowych związanych z pasmem wzbronionym. Fotodetektory plazmonowe z gorącymi nośnikami wykorzystują elektrony energetyczne generowane w wyniku odprężenia rezonansu plazmonowego. Ten ostatni to pewien rodzaj wzbudzenia — zjawisko zachodzące na powierzchniach niektórych materiałów, polegające na oscylacji rezonansowej elektronów przewodzących w reakcji na fotostymulację. Nanostrukturę metaliczną zaprojektowano w taki sposób, aby reaktywność widmowa fotodetektora była zależna od geometrii, a nie od pasma wzbronionego półprzewodnika. Oczekuje się, że ten kierunek prac pozwoli opracować nowe techniki wykrywania optycznego i tanie fotodetektory podczerwieni. Wyniki projektu COQUADOT wnoszą ważny wkład w rozwój prężnej dziedziny badań. Poprawienie wydajności fotodetektorów podczerwieni pozwoli nie tylko zwiększać udział w istniejących rynkach, ale także otworzyć drogę do nowych, zaawansowanych zastosowań.
Słowa kluczowe
Fotodetektory, podczerwień, koloidalne kropki kwantowe, wykrywanie optyczne, plazmonika
