Специалисты из Российского технологического университета МИРЭА создали фотодетекторы, которые не только с высокой точностью улавливают свет, но и распознают его поляризацию. Эти устройства, созданные на основе двумерных материалов, могут стать основой для разработки нового поколения умных часов, фитнес-трекеров и других носимых устройств.
Благодаря своей высокой светочувствительности, их можно использовать для отслеживания ключевых биометрических показателей, таких как пульс или уровень кислорода в крови.
В основе разработки — тонкие слои из дисульфида молибдена (MoS2), которые имеют множество дефектов. Эти дефекты, вопреки ожиданиям, играют важную роль: они значительно улучшают чувствительность датчиков к свету, но при этом замедляют их скорость работы.
Еще одна проблема таких сенсоров — слабое поглощение света пленками толщиной в один атом. Чтобы ее решить, ученые использовали асимметричные плазмонные решетки. Эти структуры усилили поглощение света более чем в 50 раз и позволили сенсорам различать его поляризацию. При этом устройства остались гибкими и тонкими. Однако применение плазмонных структур увеличило количество дефектов, что замедлило работу сенсоров.
Большое количество дефектов приводило к замедлению обработки сигналов и увеличению времени отклика до нескольких тысяч секунд. Для решения этой проблемы специалисты разработали специальный алгоритм, основанный на динамической математической модели. Этот алгоритм позволяет быстро анализировать фотонные сигналы и рассчитывать итоговые значения фототока. Благодаря этому, время отклика устройств удалось сократить в сотни раз. Это делает сенсоры подходящими для интеграции в гибкие носимые устройства.
Наши фотодетекторы демонстрируют впечатляющие характеристики: фотоотклик около 60 мА/Вт и чувствительность к поляризации света до 80%. Представьте, что сенсор — это тонкая сеть, предназначенная для улавливания света. Дефекты в пленках дисульфида молибдена выступают дополнительными узлами, которые захватывают больше фотонов и повышают чувствительность. А асимметричные плазмонные решетки работают как направляющие, которые собирают и фокусируют свет определенной поляризации в нужные области сенсора. Таким образом, устройство может «настроить» сеть на свет с конкретным направлением волн и различать его поляризацию».
В настоящее время на рынке наблюдается дефицит гибких фотодетекторов, которые могли бы одновременно обеспечивать высокую чувствительность и способность распознавать поляризацию света. Разработка, созданная специалистами РТУ МИРЭА, не только восполняет этот недостаток, но и предоставляет новые перспективы для создания лёгких, прочных и функциональных портативных устройств.
Такие датчики могут найти применение в системах оптической связи, устройствах формирования поляризованного изображения, оптических радарах и нанофотонике.
Мы смогли объединить в одном устройстве высокую чувствительность, способность различать поляризацию и быстрое время реакции. Это делает наши фотодетекторы перспективными для широкого круга применений, от медицинских гаджетов до высокотехнологичных систем связи.
Ранее учёные из Московского физико-технического института совместно с компанией «Сканда Рус» создали инфракрасные фотодетекторы, работающие без электричества. В основе разработки — металлический узор с острыми краями на графене.
Читать материалы по теме:
Простую и недорогую технологию производства кремниевых фотодетекторов разработали во Владивостоке
В России разработают суперкомпьютер нового поколения
