Onderzoekers van Rice University en Sandia National Laboratories hebben een op nanobuisjes gebaseerde fotodetector gemaakt die licht verzamelt in en buiten de zichtbare golflengten. Het belooft een unieke set opto-elektronische apparaten mogelijk te maken, zonnecellen en misschien zelfs gespecialiseerde camera's.

Een traditionele camera is een lichtdetector die een record vastlegt, in chemicaliën, van wat het ziet. Moderne digitale camera's vervingen film door op halfgeleiders gebaseerde detectoren.

Maar de rijstdetector, de focus van een artikel dat vandaag verscheen in het online tijdschrift Nature Wetenschappelijke rapporten , is gebaseerd op extra lange koolstofnanobuisjes. Bij 300 micrometer, de nanobuisjes zijn nog steeds slechts ongeveer 100ste van een inch lang, maar elke buis is duizenden keren langer dan breed.

Dat start de breedbanddetector in wat Rice-fysicus Junichiro Kono beschouwt als een macroscopisch apparaat, gemakkelijk te bevestigen aan elektroden om te testen. De nanobuisjes worden door het laboratorium van Rice-chemicus Robert Hauge als een heel dun "tapijt" gekweekt en horizontaal geperst om ze in een dunne plaat van honderdduizenden goed uitgelijnde buisjes te veranderen.

Ze zijn allemaal even lang, Kono zei, maar de nanobuisjes hebben verschillende breedtes en zijn een mix van geleiders en halfgeleiders, die elk gevoelig zijn voor verschillende golflengten van licht. "Eerdere apparaten waren ofwel een enkele nanobuis, die gevoelig zijn voor slechts beperkte golflengten, " zei hij. "Of het waren willekeurige netwerken van nanobuisjes die werkten, maar het was heel moeilijk te begrijpen waarom."

"Ons apparaat combineert de twee technieken, " zei Sébastien Nanot, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in de groep van Kono en eerste auteur van het artikel. "Het is eenvoudig in die zin dat elke nanobuis is verbonden met beide elektroden, zoals in de experimenten met één nanobuis. Maar we hebben veel nanobuisjes, wat ons de kwaliteit van een macroscopisch apparaat geeft."

Met zoveel nanobuisjes van zoveel soorten, de array kan licht detecteren van infrarood (IR) tot ultraviolet, en alle zichtbare golflengten daartussenin. Dat het licht over het hele spectrum kan absorberen, zou de detector van groot belang moeten maken voor zonne-energie, en zijn IR-capaciteiten kunnen hem geschikt maken voor militaire beeldvormingstoepassingen, zei Kono. "In het zichtbare bereik, er zijn al veel goede detectoren, "zei hij. "Maar in de IR, er bestaan ​​alleen lage-temperatuurdetectoren en ze zijn niet handig voor militaire doeleinden. Onze detector werkt op kamertemperatuur en hoeft niet in een speciaal vacuüm te werken."

De detector is ook gevoelig voor gepolariseerd licht en absorbeert licht dat hem evenwijdig aan de nanobuisjes raakt. maar niet als het apparaat 90 graden is gedraaid.

Het werk is het eerste succesvolle resultaat van een samenwerking tussen Rice en Sandia in het kader van Sandia's National Institute for Nano Engineering-programma, gefinancierd door het Department of Energy. De groep van François Léonard in Sandia ontwikkelde een nieuw theoretisch model dat alle kenmerken van de nanobuis-fotodetector correct en kwantitatief verklaarde. "Het begrijpen van de fundamentele principes die deze fotodetectoren beheersen, is belangrijk om hun ontwerp en prestaties te optimaliseren, ' zei Leonard.

Kono verwacht dat er nog veel meer papers uit de samenwerking zullen voortkomen. Het eerste apparaat, volgens Leonard, demonstreert slechts het potentieel voor fotodetectoren van nanobuisjes. Ze zijn van plan om nieuwe configuraties te bouwen die hun bereik uitbreiden naar de terahertz en om hun capaciteiten als imaging-apparaten te testen. "Er is hier potentieel om echte en bruikbare apparaten te maken van dit fundamentele onderzoek, ' zei Kono.