Met behulp van tapijten van uitgelijnde koolstofnanobuizen, onderzoekers van Rice University en Sandia National Laboratories hebben een solid-state elektronisch apparaat gemaakt dat bedraad is om gepolariseerd licht te detecteren over een breed deel van het zichtbare en infrarode spectrum.

Het onderzoek is online beschikbaar in het tijdschrift van de American Chemical Society ACS Nano .

"Het detecteren van gepolariseerd licht is uiterst nuttig, " zei Rice's Junichiro Kono, hoogleraar elektrotechniek en computertechniek en natuurkunde en sterrenkunde. "Veel dieren en insecten kunnen gepolariseerd licht zien en gebruiken voor navigatie, communicatie en meer. Mensen kunnen geen gepolariseerd licht zien, dus we vertrouwen op apparaten om dat voor ons te doen."

De meeste apparaten kunnen gepolariseerd licht niet direct detecteren. In plaats daarvan, technici plaatsen een rooster of filter voor de detector.

"Onze fotodetector detecteert intrinsiek gepolariseerd licht, net als de fotoreceptoren in de ogen van dieren en insecten die gepolariseerd licht zien, " zei François Léonard van Sandia National Laboratories, een van de hoofdonderzoekers van het onderzoek.

Gepolariseerd licht bestaat uit afzonderlijke elektromagnetische golven die evenwijdig aan elkaar oscilleren. Het effect ontstaat wanneer licht weerkaatst van een transparant materiaal, daarom verminderen gepolariseerde zonnebrillen de schittering van water, glas en andere oppervlakken. Astronomen gebruiken gepolariseerd licht op een aantal manieren, en er zijn een aantal toepassingen voor polarimetrie in communicatie en het leger.

De nieuwe fotodetector van Rice is de nieuwste ontwikkeling van een samenwerking tussen Rice en Sandia in het kader van Sandia's National Institute for Nano Engineering-programma, die wordt gefinancierd door het ministerie van Energie. In februari, Kono, Léonard en collega's beschreven een nieuwe methode om fotodetectoren te maken van tapijten van koolstofnanobuisjes - lange, smalle buizen van pure koolstof die ongeveer zo breed zijn als een DNA-streng.

De nanobuistapijten die in de fotodetectoren worden gebruikt, worden gekweekt in het laboratorium van Rice-chemicus Robert Hauge, die een pionier was in een proces voor het kweken van dicht opeengepakte nanobuisjes op vlakke oppervlakken. Xiaowei Hij, een afgestudeerde student in Kono's groep, een manier gevonden om Teflon-film te gebruiken om deze dicht opeengepakte nanobuisjes plat te maken, zodat ze in dezelfde richting zijn uitgelijnd. Elk tapijt bevat tientallen soorten nanobuisjes, en ongeveer tweederde van de variëteiten zijn halfgeleiders. Omdat elk van de halfgeleidende varianten interageert met een specifieke golflengte van licht, Kono's team kon in zijn eerdere werk laten zien dat de afgeplatte, uitgelijnde tapijten van nanobuisjes zouden kunnen dienen als breedspectrumfotodetectoren.

In de ACS Nano studie, hoofdauteur Hij gebruikte chemicaliën die "doteringsmiddelen" worden genoemd om de elektrische eigenschappen van de nanobuistapijten te veranderen. Hij creëerde twee soorten tapijt, een met positief geladen dragers (p-type) en een andere met negatief geladen dragers (n-type). Door delen van deze twee te overlappen, Hij en collega's hebben een apparaat gemaakt dat een pn-overgang wordt genoemd, dat een fundamentele bouwsteen is van micro-elektronica.

"Ons werk biedt een nieuw pad voor de realisatie van polarisatiegevoelige fotodetectoren die kunnen worden ingeschakeld op flexibele of niet-vlakke oppervlakken, " Hij zei.