Een team van onderzoekers heeft een intelligente sensor gebouwd - ter grootte van ongeveer 1/1000 van de doorsnede van een mensenhaar - die tegelijkertijd de intensiteit, polarisatie en golflengte van licht kan detecteren, gebruikmakend van de kwantumeigenschappen van elektronen. Het is een doorbraak die de astronomie, gezondheidszorg en teledetectie kan helpen vooruitgaan.

Onder leiding van Fengnian Xia, de Barton L. Weller Associate Professor in Engineering and Science aan Yale en Fan Zhang, Associate Professor of Physics aan de Universiteit van Texas in Dallas, zijn de resultaten gepubliceerd in Nature .

Onderzoekers hebben de afgelopen jaren geleerd dat het draaien van bepaalde materialen onder specifieke hoeken zogenaamde 'moiré-materialen' kan vormen, die voorheen onontdekte eigenschappen opwekken. In dit geval gebruikte het onderzoeksteam gedraaid dubbel dubbellaags grafeen (TDBG) - dat wil zeggen twee atomaire lagen van natuurlijke gestapelde koolstofatomen die een lichte draaiing kregen - om hun sensorapparaat te bouwen. Dit is van cruciaal belang omdat de draaiing de kristalsymmetrie vermindert en materialen met atomaire structuren die minder symmetrisch zijn - in veel gevallen - een aantal intrigerende fysieke eigenschappen beloven die niet worden gevonden in die met grotere symmetrie.

Met dit apparaat konden de onderzoekers een sterke aanwezigheid detecteren van wat bekend staat als bulk photovoltaic effect (BPVE), een proces dat licht omzet in elektriciteit, met een respons die sterk afhankelijk is van de lichtintensiteit, polarisatie en golflengte. De onderzoekers ontdekten dat de BPVE in TDBG verder kan worden afgesteld door externe elektrische middelen, waardoor ze "2D-vingerafdrukken" van de fotospanningen voor elk verschillend invallend licht konden maken.

Shaofan Yuan, een afgestudeerde student in het laboratorium van Xia en mede-hoofdauteur van de studie, kwam op het idee om een ​​convolutioneel neuraal netwerk (CNN), een soort kunstmatig neuraal netwerk dat eerder werd gebruikt voor beeldherkenning, toe te passen om deze vingerafdrukken te ontcijferen. Van daaruit konden ze een intelligente fotodetector demonstreren.

Zijn kleine formaat maakt hem potentieel waardevol voor toepassingen zoals diepe ruimteverkenning, in-situ medische tests en remote sensing op autonome voertuigen of vliegtuigen. Bovendien onthult hun werk een nieuwe weg voor het onderzoek naar niet-lineaire optica op basis van moiré-materialen.

"Idealiter kan één enkel intelligent apparaat verschillende omvangrijke, complexe en dure optische elementen vervangen die worden gebruikt om de informatie van licht vast te leggen, waardoor ruimte en kosten drastisch worden bespaard", zegt Chao Ma, een afgestudeerde student in het laboratorium van Xia, en mede-hoofdauteur van de studie. + Verder verkennen

Onderzoekers verbeteren ladingsdichtheidsgolven door moiré-engineering in getwiste hterostructuren