Nanotech -opdagelse kan føre til gennembrud inden for infrarød satellitbilledteknologi

Forskere fra Rensselaer Polytechnic Institute har udviklet en ny nanoteknologibaseret "mikrolins", der bruger guld til at øge styrken af ​​infrarød billeddannelse og kan føre til en ny generation af ultrakraftige satellitkameraer og nattesyn-enheder.

Ved at udnytte nanoskala gulds unikke egenskaber til at "presse" lys ind i små huller i enhedens overflade, forskerne har fordoblet detektiviteten af ​​en quantum dot-baseret infrarød detektor. Med nogle finesser, forskerne forventer, at denne nye teknologi skal kunne øge detektiven med op til 20 gange.

Denne undersøgelse er den første i mere end et årti til at demonstrere succes med at forstærke signalet fra en infrarød detektor uden også at øge støj, sagde projektleder Shawn-Yu Lin, professor i fysik ved Rensselaer og medlem af universitetets Future Chips Constellation and Smart Lighting Engineering Research Center.

"Infrarød registrering er en stor prioritet lige nu, da mere effektiv infrarød satellitbilledteknologi rummer potentialet til at drage fordel af alt fra hjemlandssikkerhed til overvågning af klimaændringer og skovrydning, "sagde Lin, der i 2008 skabte verdens mørkeste materiale samt en belægning til solpaneler, der absorberer 99,9 procent af lyset fra næsten alle vinkler.

"Vi har vist, at du kan bruge nanoskopisk guld til at fokusere lyset ind i en infrarød detektor, hvilket igen forbedrer absorptionen af ​​fotoner og også øger kapaciteten af ​​de integrerede kvantepunkter for at konvertere disse fotoner til elektroner. Denne form for adfærd er aldrig set før, " han sagde.

Resultaterne af undersøgelsen, med titlen "A Surface Plasmon Enhanced Infrared Photodetector Baseret på InAs Quantum Dots, "blev for nylig offentliggjort online af tidsskriftet Nano bogstaver . Papiret vil også blive vist i et kommende nummer af tidsskriftets trykte udgave. US Air Force Office of Scientific Research finansierede denne undersøgelse.

Detektiviteten af ​​en infrarød fotodetektor bestemmes af, hvor meget signal den modtager, divideret med den støj, den modtager. Den nuværende state-of-the-art inden for fotodetektorer er baseret på kviksølv-cadmium-tellurid (MCT) teknologi, som har et stærkt signal, men står over for flere udfordringer, herunder lange eksponeringstider for billedsignal med lavt signal. Lin sagde, at hans nye undersøgelse skaber en køreplan for udvikling af quantum dot infrarøde fotodetektorer (QDIP), der kan overgå MCT'er, og bygge bro over innovationsgabet, der har hæmmet fremskridtet inden for infrarød teknologi i løbet af det sidste årti.

Overfladeplasmon QDIP'erne er lange, flade strukturer med utallige små huller på overfladen. Den solide overflade af strukturen, som Lin byggede, er dækket med omkring 50 nanometer - eller 50 milliarder af en meter - guld. Hvert hul er cirka 1,6 mikron - eller 1,6 milliontedele af en meter - i diameter, og 1 mikron dyb. Hullerne er fyldt med kvanteprikker, som er nanoskala krystaller med unikke optiske og halvlederegenskaber.

De interessante egenskaber ved QDIPs guldoverflade hjælper med at fokusere indgående lys direkte i mikroskalahullerne og effektivt koncentrere det lys i puljen af ​​kvantepunkter. Denne koncentration styrker interaktionen mellem det fangede lys og kvantepunkterne, og styrker igen prikkernes evne til at konvertere disse fotoner til elektroner. Slutresultatet er, at Lins enhed skaber et elektrisk felt op til 400 procent stærkere end den rå energi, der kommer ind i QDIP.

Effekten ligner den, der ville resultere i at dække hvert lille hul på QDIP med en linse, men uden den ekstra vægt, og minus besværet og omkostningerne ved at installere og kalibrere millioner af mikroskopiske objektiver, Sagde Lin.

Lins team demonstrerede også i journalpapiret, at det nanoskala af guld på QDIP ikke tilføjer støj eller påvirker enhedens responstid negativt. Lin planlægger at fortsætte med at finpudse denne nye teknologi og bruge guld til at øge QDIP's detektivitet, ved både at udvide diameteren af ​​overfladehullerne og mere effektiv placering af kvantepunkterne.

"Jeg tror at, inden for få år, vi vil være i stand til at oprette en guldbaseret QDIP-enhed med en 20-fold forbedring i signal fra det, vi har i dag, "Sagde Lin." Det er et meget rimeligt mål, og kunne åbne en helt ny række applikationer fra bedre nattesynsbriller til soldater til mere præcise medicinske billeddannelsesudstyr. "