Een nieuw materiaal heeft de potentie om de gevoeligheid van fotografische beeldsensoren met een factor vijf te verbeteren. In 2011, een EPFL-team onder leiding van Andras Kis ontdekte de verbazingwekkende halfgeleidende eigenschappen van molybdeniet (MoS ₂ ), en sindsdien onderzoeken ze het potentieel ervan in verschillende technologische toepassingen. Deze veelbelovende kandidaat voor het vervangen van silicium is nu geïntegreerd in een prototype van een beeldsensor. Deze voeler, beschreven in een artikel dat verschijnt in Natuur Nanotechnologie , heeft vijf keer de lichtgevoeligheid van de huidige technologie.

Alle digitale camera's werken volgens hetzelfde principe:ze zetten licht om in een elektrische lading. De camera heeft een lichtsensor, waarvan het oppervlak een halfgeleidend materiaal is dat is verdeeld in miljoenen cellen, of pixels. Het halfgeleidende materiaal op elke cel reageert op het binnenkomende licht door een specifieke elektrische lading te genereren, die vervolgens wordt overgebracht naar de firmware van de camera voor verwerking. De efficiëntie van dit proces hangt af van de hoeveelheid licht die nodig is om de ladingsoverdracht op gang te brengen.

Het all-time pixelrecord

Het doel van de EPFL-onderzoekers was om het potentieel van molybdeniet in beeldsensoren aan te tonen. Om deze reden, hun sensor heeft maar één pixel. Maar het heeft vijf keer minder licht nodig om een ​​ladingsoverdracht te veroorzaken dan de op silicium gebaseerde sensoren die momenteel beschikbaar zijn. "Ons belangrijkste doel is om te bewijzen dat MoS ₂ is een ideale kandidaat voor dit soort toepassingen, " legt Kis uit.

Dit niveau van gevoeligheid zou het enorme gebied van fotografie bij weinig licht of nacht openen, zonder toevlucht te nemen tot "ruis"-genererende versterkingstechnieken, het vertragen van de sluitertijd of het gebruik van een flitser. Voor sommige gespecialiseerde domeinen waarin de lichtomstandigheden vaak niet optimaal zijn, zoals astrofotografie of biologische beeldvorming, het voordeel is nog duidelijker. "Het zou het mogelijk maken om foto's te maken met alleen sterrenlicht, "zegt Kis.

Een revolutionair materiaal

De buitengewone eigenschappen van molybdeniet maken deze prestatie mogelijk. Net als het silicium dat wordt gebruikt in momenteel beschikbare sensoren, molybdeniet vereist een elektrische stroom, die uit de batterij komt. Om een ​​pixel te genereren, de lading die door de lichtenergie wordt gegenereerd, moet groter zijn dan de drempelstroom van de batterij.

Een laag molybdeniet met één atoom vereist slechts een zeer kleine elektrische lading om te functioneren. Daarom, het kost veel minder lichtenergie om de drempel te bereiken die nodig is om een ​​pixel te genereren. MoS2 is een van nature overvloedige, goedkoop materiaal. In aanvulling, Kis legt uit, het prototype heeft geen andere halfgeleiders nodig, wat de productieprocessen aanzienlijk zou moeten vereenvoudigen. kis, die een pionier is in onderzoek naar de halfgeleidbaarheid van molybdeniet, heeft onlangs zijn potentieel aangetoond in een geïntegreerde schakeling en, begin 2013 een flashgeheugen-prototype. Met deze nieuwe stap in beeldvorming, molybdeniet toont zijn buitengewone potentieel in een ander belangrijk toepassingsgebied.