Especialistas de la Universidad Tecnológica Rusa MIREA han creado detectores de fotos que no solo capturan la luz con alta precisión, sino que también reconocen su polarización. Estos dispositivos, creados a base de materiales bidimensionales, pueden convertirse en la base para el desarrollo de una nueva generación de relojes inteligentes, rastreadores de actividad física y otros dispositivos portátiles.
Gracias a su alta sensibilidad a la luz, se pueden utilizar para rastrear indicadores biométricos clave, como el pulso o el nivel de oxígeno en la sangre.
La base del desarrollo son capas delgadas de disulfuro de molibdeno (MoS2), que tienen muchos defectos. Estos defectos, contrariamente a las expectativas, juegan un papel importante: mejoran significativamente la sensibilidad de los sensores a la luz, pero ralentizan su velocidad de funcionamiento.
Otro problema de estos sensores es la débil absorción de luz por películas de un átomo de espesor. Para solucionar este problema, los científicos utilizaron rejillas plasmónicas asimétricas. Estas estructuras aumentaron la absorción de luz en más de 50 veces y permitieron a los sensores distinguir su polarización. Al mismo tiempo, los dispositivos siguieron siendo flexibles y delgados. Sin embargo, el uso de estructuras plasmónicas aumentó la cantidad de defectos, lo que ralentizó el funcionamiento de los sensores.
Una gran cantidad de defectos provocó la ralentización del procesamiento de señales y el aumento del tiempo de respuesta hasta varios miles de segundos. Para solucionar este problema, los especialistas desarrollaron un algoritmo especial basado en un modelo matemático dinámico. Este algoritmo permite analizar rápidamente las señales de fotones y calcular los valores finales de la fotocorriente. Gracias a esto, el tiempo de respuesta de los dispositivos se redujo cientos de veces. Esto hace que los sensores sean adecuados para la integración en dispositivos portátiles flexibles.
Nuestros detectores de fotos demuestran características impresionantes: una fotorrespuesta de aproximadamente 60 mA/W y una sensibilidad a la polarización de la luz de hasta el 80%. Imaginen que el sensor es una red delgada diseñada para capturar la luz. Los defectos en las películas de disulfuro de molibdeno actúan como nodos adicionales que capturan más fotones y aumentan la sensibilidad. Y las rejillas plasmónicas asimétricas funcionan como guías que recogen y enfocan la luz de una polarización específica en las áreas necesarias del sensor. De esta manera, el dispositivo puede "sintonizar" la red a la luz con una dirección de onda específica y distinguir su polarización.
Actualmente, existe una escasez en el mercado de detectores de fotos flexibles que puedan proporcionar simultáneamente alta sensibilidad y la capacidad de reconocer la polarización de la luz. El desarrollo creado por especialistas de RTU MIREA no solo compensa esta deficiencia, sino que también ofrece nuevas perspectivas para la creación de dispositivos portátiles ligeros, duraderos y funcionales.
Estos sensores pueden encontrar aplicación en sistemas de comunicación óptica, dispositivos de formación de imágenes polarizadas, radares ópticos y nanofotónica.
Pudimos combinar en un solo dispositivo alta sensibilidad, la capacidad de distinguir la polarización y un tiempo de reacción rápido. Esto hace que nuestros detectores de fotos sean prometedores para una amplia gama de aplicaciones, desde dispositivos médicos hasta sistemas de comunicación de alta tecnología.
Anteriormente, científicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, junto con la empresa «Сканда Рус», crearon detectores de fotos infrarrojos que funcionan sin electricidad. La base del desarrollo es un patrón metálico con bordes afilados sobre grafeno.
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