Trumpųjų bangų infraraudonųjų spindulių (SWIR) šviesos jutikliai yra pageidaujami įvairiose srityse, ypač paslaugų robotikos, automobilių ir buitinės elektronikos sektoriuose. SWIR derinami koloidiniai kvantiniai taškai yra perspektyvūs tokiems jutikliams, nes juos galima lengvai integruoti į CMOS, tačiau platų jų naudojimą rinkoje trukdo tai, kad daugumoje jų yra toksiškų sunkiųjų metalų, tokių kaip švinas ar gyvsidabris. Pasak vieno iš tyrėjų, dabar mokslininkų komanda pagamino kvantinius taškus iš netoksiškų medžiagų ir išbandė juos laboratorinio masto fotodetektoriumi. Naujausias popierius Paskelbta Nature Photonics.

„SWIR šviesa jutimui ir vaizdavimui yra nepaprastai svarbi dėl savo unikalių savybių”, – rašė autoriai. „Jis yra saugus akims; jis gali prasiskverbti į rūką, miglą ir kitas oro sąlygas, todėl esant nepalankioms oro sąlygoms galima daryti vaizdus, ​​​​naudojant automobilius, aplinkos ir nuotolinio stebėjimo programas; naktinis švytėjimas naktį SWIR diapazone leidžia pasyviai matyti naktinį matymą; o optinis vaizdavimas kartu su infraraudonųjų spindulių spektroskopija leidžia matyti mašininį vaizdą, biologinį vaizdą ir maisto bei procesų kokybės tikrinimą.

Kaip minėta anksčiau, kvantinis taškas yra mažas puslaidininkio grūdelis, kurio skersmuo yra kelios dešimtys atomų. Ant smeigtuko galvos galima uždėti milijardus dolerių, ir kuo mažesnis, tuo geriau. Esant tokioms mažoms skalėms, kvantiniai efektai atsiranda ir suteikia taškams pranašesnes elektrines ir optines savybes. Jie ryškiai šviečia, kai juos apšviečia šviesa, o šios šviesos spalvą lemia kvantinių taškų dydis. Didesni taškai skleidžia raudonesnę šviesą; Maži taškeliai skleidžia mėlynesnę šviesą. Taigi galite pritaikyti kvantinius taškus tam tikriems šviesos dažniams tiesiog pakeisdami jų dydį.

Kadaise manyta, kad neįmanoma sukurti, kvantiniai taškai tapo populiariu kompiuterių monitorių, televizorių ekranų ir šviesos diodų komponentu, be kitų naudojimo būdų. Pavyzdžiui, kvantiniai taškai leidžia televizorių gamintojams tiksliai sureguliuoti skleidžiamas spalvas ir sukurti tikslesnes spalvas platesniame diapazone, kartu sunaudojant mažiau elektros energijos. Tai naudinga kaip pakaitalas Organiniai dažai, naudojami reaktyviosioms medžiagoms žymėti fluorescenciniuose biojutikliuose, buvo įtraukti į stiklinius langus, kad iš esmės šie langai būtų paversti fotovoltiniais elementais, galinčiais surinkti nedidelį saulės energijos kiekį, kad kompensuotų namų energijos sąnaudas.

2013 metais vokiečių fizikai pastatė… Empirinė lygtis Maksvelo demonas su pora sąveikaujančių kvantinių taškų. 2015 m Kvantinių „šlapimo taškų“ kūrimas. Iš perdirbto šlapimo ir naudojamas gyvybiškai svarbioms pelių ląstelėms vaizduoti. Ateities programos gali apimti kvantinių taškų įtraukimą į lanksčią elektroniką, mažus jutiklius ir saulės elementus arba jų naudojimą šifruotose kvantinių ryšių sistemose.

Šio naujausio straipsnio autoriai yra iš Barselonos mokslo ir technologijų instituto (BIST) ir Corve Technologies Ispanijoje. BIST komanda ieškojo būdų, kaip gaminti sidabro bismuto telurido nanokristalus fotovoltiniams įrenginiams ir pastebėjo, kad sidabro teluridas yra vienas iš šalutinių produktų. Sidabro teluridas turėjo idealias savybes koloidiniams kvantiniams taškams, ypač suderinamumą. Taigi komanda pakeitė taktiką ir sukūrė kvantinių taškų gamybos iš sidabro telurido procesą.

Gauti kvantiniai taškai turėjo gerą dydžio pasiskirstymą ir buvo reguliuojami plačiame spektro diapazone, įskaitant SWIR. Kitas žingsnis buvo integruoti tuos kvantinius taškus į laboratorinio masto fotodetektorių. Atsitraukti nuo įprastos įrenginio sąrankos buvo iššūkis, nes vienas iš įrenginių šviečia iš daugumos laboratorinių įrenginių apačios, o CMOS integruotuose CQD rinkiniuose yra ryški šviesa iš viršaus, o CMOS elektronika yra apačioje. Pirmasis bandymas buvo tik vidutiniškai sėkmingas, nes gautas fotodiodas neveikė taip, kaip tikėtasi SWIR diapazone.

BIST mokslininkai perprojektavo jutiklį su papildomu izoliaciniu sluoksniu, kad išspręstų problemą, sukurdami efektyvesnį SWIR jutiklį. Tada jie bendradarbiavo su Korf mokslininkais, kad sukurtų pagrįstą SWIR vaizdo jutiklį, pagamintą iš netoksiškų kvantinių taškų, veikiančių kambario temperatūroje. Jie galėjo fotografuoti judančių silicio plokštelių vaizdus SWIR šviesoje ir žiūrėti į nepermatomus plastikinius butelius matomoje šviesoje. Kitas žingsnis yra iš naujo suprojektuoti sluoksnių masyvą, kad būtų pagerintas fotodiodo veikimas, taip pat ištirti kitas paviršiaus chemines savybes.

Natūrali fotonika, 2024 m. DOI: 10.1038/s41566-023-01345-3 (Apie skaitmeninius ID).