Team bruger kulstof nanorør til polariseret lysdetektion

Brug af tæpper af tilpassede kulstofnanorør, forskere fra Rice University og Sandia National Laboratories har skabt en solid-state elektronisk enhed, der er fastkablet til at detektere polariseret lys over et bredt stykke af det synlige og infrarøde spektrum.

Forskningen er tilgængelig online fra American Chemical Societys tidsskrift ACS Nano .

"Det er yderst nyttigt at detektere polariseret lys, " sagde Rice's Junichiro Kono, professor i elektro- og computerteknik og i fysik og astronomi. "Mange dyr og insekter kan se polariseret lys og bruge det til navigation, kommunikation og meget mere. Mennesker kan ikke se polariseret lys, så vi er afhængige af enheder til at gøre det for os."

De fleste enheder kan ikke registrere polariseret lys direkte. I stedet, ingeniører placerer en rist eller et filter foran detektoren.

"Vores fotodetektor skelner iboende polariseret lys, meget som fotoreceptorerne i øjnene på dyr og insekter, der ser polariseret lys, " sagde François Léonard ved Sandia National Laboratories, en af ​​de ledende forskere i undersøgelsen.

Polariseret lys består af individuelle elektromagnetiske bølger, der svinger parallelt med hinanden. Effekten skabes, når lys reflekteres fra et gennemsigtigt materiale, hvilket er grunden til, at polariserede solbriller reducerer blændingen fra vand, glas og andre overflader. Astronomer bruger polariseret lys på en række måder, og der er en række applikationer til polarimetri i kommunikation og militæret.

Rice's nye fotodetektor er den seneste udvikling fra et samarbejde mellem Rice og Sandia under Sandias National Institute for Nano Engineering-program, som er finansieret af Energiministeriet. I februar, Kono, Léonard og kolleger beskrev en ny metode til fremstilling af fotodetektorer fra tæpper af kulstofnanorør - lange, smalle rør af rent kulstof, der er omtrent lige så brede som en DNA-streng.

Nanorørstæpperne, der bruges i fotodetektorerne, er dyrket i riskemikeren Robert Hauges laboratorium, som var banebrydende for en proces til dyrkning af tætpakkede nanorør på flade overflader. Xiaowei He, en kandidatstuderende i Konos gruppe, fundet en måde at bruge teflonfilm til at flade disse tætpakkede nanorør, så de er justeret i samme retning. Hvert tæppe indeholder snesevis af varianter af nanorør, og omkring to tredjedele af varianterne er halvledere. Fordi hver af de halvledende varianter interagerer med en bestemt bølgelængde af lys, Konos team var i stand til at vise i deres tidligere arbejde, at det fladtrykte, justerede tæpper af nanorør kunne tjene som bredspektrede fotodetektorer.

I den ACS Nano undersøgelse, hovedforfatter Han brugte kemikalier kaldet "dopanter" til at ændre de elektriske egenskaber af nanorør-tæpperne. Han skabte to typer tæpper, en med positivt ladede bærere (p-type) og en anden med negativt ladede bærere (n-type). Ved at overlappe sektioner af disse to, Han og hans kolleger skabte en enhed kaldet en p-n junction, som er en grundlæggende byggesten i mikroelektronik.

"Vores arbejde giver en ny vej til realisering af polarisationsfølsomme fotodetektorer, der kunne aktiveres på fleksible eller ikke-plane overflader, " Han sagde.