Ученые из Университета Дьюка создали ультрасовременные пироэлектрические фотодетекторы

Группа инженеров-электриков из Университета Дьюка представила инновационный пироэлектрический фотодетектор, который стал самым быстрым устройством в своей категории. Он функционирует при температуре окружающей среды и не требует дополнительных источников питания, что позволяет ему улавливать свет в широком диапазоне электромагнитного спектра и генерировать электрический сигнал всего за 125 пикосекунд. Эти результаты были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

В отличие от классических полупроводниковых фотодетекторов, которые ограничены видимым светом, новая разработка основывается на пироэлектрическом эффекте. Это означает, что устройство генерирует электрический сигнал при нагреве от света, который оно поглощает. Ключевым элементом новой технологии стала метаповерхность, состоящая из точно расположенных серебряных нанокубиков, находящихся над тонким слоем золота. Эта структура эффективно удерживает световую энергию благодаря плазмонике.

Существующие коммерческие пироэлектрические детекторы обладают низкой чувствительностью и требуют яркого света или толстых поглотителей, что замедляет их работу из-за медленного распространения тепла. Однако новая концепция сочетает в себе идеальные поглотители и сверхтонкие пироэлектрические материалы, что позволяет достичь рекордного времени отклика в 125 пикосекунд, что значительно превосходит предыдущие достижения в этой области.

Доработанная версия устройства имеет круглую форму, что увеличивает площадь поглощения, и использует более тонкие слои пироэлектриков. Эксперименты показали, что новый фотодетектор может оперировать на частотах до 2,8 ГГц, что в сотни или даже тысячи раз быстрее, чем традиционные модели, работающие в диапазоне наносекунд или микросекунд.

Несмотря на впечатляющие результаты, разработчики продолжают работу над улучшением скорости и исследованием пределов кинетики пироэлектрических фотодетекторов. В будущем эта технология может привести к созданию мультиспектральных камер, которые будут использоваться в таких областях, как точное земледелие, диагностика рака кожи, контроль безопасности пищевых продуктов, а также в дронах и спутниках. Прорыв в скорости работы пироэлектрических детекторов открывает новые горизонты для компактных и энергоэффективных систем мультиспектрального зрения, способных применяться в самых различных сферах, включая медицину и аэрокосмическую индустрию. Особенно удивительно, что все это было достигнуто без необходимости в охлаждении или мощном внешнем питании.

Читайте также: