Team udvikler nanoskala lyssensor kompatibel med Etch-a-Sketch nanoelektronisk platform

(PhysOrg.com) -- University of Pittsburgh forskere har skabt en nanoskala lyssensor, der kan kombineres med næsten atomare størrelse elektroniske kredsløb for at producere hybride optiske og elektroniske enheder med ny funktionalitet. Holdet, som også involverede forskere fra University of Wisconsin i Madison, melder ind Naturfotonik at udviklingen overvinder en af ​​nanoteknologiens mest skræmmende udfordringer.

Gruppen, ledet af Jeremy Levy, professor i fysik og astronomi ved Pitt's School of Arts and Sciences, lavet en fotonisk enhed på mindre end 4 nanometer bred, muliggøre on-demand fotonisk interaktion med objekter så små som enkeltmolekyler eller kvantepunkter. I en anden første, den lille enhed kan justeres elektrisk for at ændre følsomheden for forskellige farver i det synlige spektrum, som kan opgive behovet for de separate lysfiltre, som andre sensorer typisk kræver. Levy arbejdede sammen med Pitts postdoktorale forsker og hovedforfatter Patrick Irvin, postdoktorale forskere Daniela Bogorin og Cheng Cen, og Pitt -kandidatstuderende Yanjun Ma. Også en del af teamet var University of Wisconsin-Madison-forskere Chang-Beom Eom, professor i materialevidenskab og teknik, og forskningsmedarbejdere Chung Wung Bark og Chad Folkman.

Forskerne producerede de fotoniske enheder via en genskrivbar nanoelektronikplatform udviklet i Levys laboratorium, der fungerer som en mikroskopisk Etch A Sketch, tegnelegetøjet, der oprindeligt inspirerede ham. Hans teknik, første gang rapporteret i Naturmaterialer i marts 2008, er en metode til at skifte en oxidkrystal mellem isolerende og ledende tilstande. Påføring af en positiv spænding til den skarpe ledende sonde i et atomkraftmikroskop skaber ledende ledninger, der kun er nogle få nanometer brede ved grænsefladen mellem to isolatorer - et 1,2 nanometer tykt lag lanthanaluminat dyrket på et strontiumtitanat-substrat. De ledende nanotråde kan derefter slettes med omvendt spænding, gør grænsefladen til en isolator igen.

I februar 2009 Levy rapporterede i Science, at hans platform kunne bruges til at forme en hukommelsesenhed med høj densitet og en transistor kaldet en "SketchFET" med funktioner på kun to nanometer i størrelse.

I dette seneste arbejde, Levy og hans kolleger demonstrerede en robust metode til at inkorporere lysfølsomhed i disse elektroniske kredsløb, bruge de samme teknikker og materialer. Fotoniske enheder genererer, guide, eller detektere lysbølger til en række forskellige applikationer, Sagde Levy. Lys er bemærkelsesværdigt følsomt over for egenskaberne ved sådanne nanoskalaobjekter som enkeltmolekyler eller kvantepunkter, men integrationen af ​​halvleder nanotråd og nanorør fotoniske enheder med andre elektroniske kredsløbselementer har altid været en udfordring.

"Disse resultater kan muliggøre nye muligheder for enheder, der kan registrere optiske egenskaber på nanoskala og levere denne information i elektronisk form, "Sagde Levy.