Optische detectie in het middellange tot lange infrarood (5 micron [um]) wordt van het grootste belang op verschillende gebieden, aangezien het een uitstekend hulpmiddel blijkt te zijn voor omgevingsmonitoring, gasdetectie, thermische beeldvorming en voedselkwaliteitscontrole of de toepassingen binnen de farmaceutische industrie, om er een paar te noemen. De hoeveelheid informatie die verborgen is in dit zeer rijke spectrale venster opent nieuwe mogelijkheden voor multi- of zelfs hyperspectrale beeldvorming. Hoewel er technologieën zijn die deze uitdagingen kunnen aanpakken, ze zijn erg complex en duur. Hoewel er een sterke marktbehoefte is om dergelijke functionaliteiten naar de consumentenmarkt te brengen, hiervoor is een technologie nodig die goedkoop is, CMOS-compatibel en brengt geen ernstige regelgevende problemen met zich mee.

PbS Colloidal Quantum Dots (CQD's) hebben zich ontpopt als een kostenconcurrerende en hoogwaardige fotodetectortechnologie, compatibel met CMOS-technologie, waarvan recent is aangetoond dat het succesvol is in het kortegolf infrarood (1-2 um) bereik. Echter, tot dusver, er was een fundamentele limiet:dergelijke kwantumstippen vertrouwden op interbandabsorptie van licht (fotonen prikkelen drager over de bandgap van het materiaal) en als gevolg daarvan is er een lagere energielimiet die deze technologie kan bedienen:de bandgap van het materiaal.

In een recent gepubliceerd onderzoek in Nano-letters , ICFO-onderzoekers Iñigo Ramiro, Onur zdemir, Sotirios Christodoulou, Shuchi Gupta, Mariana Dalmas, Iacopo Torre, onder leiding van ICREA Prof. bij ICFO Gerasimos Konstantatos, rapporteer nu de ontwikkeling van een colloïdale kwantumdot-fotodetector die in staat is om licht in het lange infraroodbereik te detecteren, van 5 um - 10 um (micron), met behulp van PbS CQD's die, Voor de eerste keer, zijn gemaakt van kwikvrij materiaal.

In hun experiment hebben de onderzoekers gebruikten een techniek om de kwantumstippen elektronisch robuust en permanent te dopen. Deze zware dopingbenadering stelde hen in staat een nieuw regime voor overgangen van elektronen mogelijk te maken:in plaats van te vertrouwen op overgangen over de bandgap van het materiaal, ze vonden een manier om overgangen tussen hogere aangeslagen toestanden te vergemakkelijken, bekend als intersubband (of intraband) overgangen. Door dit te bereiken, ze waren in staat elektronen te exciteren door fotonen te absorberen met fotonenergieën die veel lager waren dan voorheen in het midden- en langegolf infraroodbereik. Ze toonden ook aan dat de spectrale dekking van dergelijke detectoren kan worden afgestemd door de grootte van de stippen te veranderen, dat is, hoe groter de quantum dots, hoe verder de absorptie in het infrarood.

De resultaten van deze studie laten een nieuw en uniek materiaalplatform zien, gebaseerd op zwaar gedoteerde PbS CQD's die een breed scala aan licht, die de uitdagingen waarmee het gebied van fotodetectortechnologieën tegenwoordig wordt geconfronteerd, kunnen aanpakken en oplossen. Deze nieuw ontdekte eigenschap van lichtabsorptie in het lange infraroodbereik, samen met een goedkope en volwassen CQD-technologie, kan een revolutie teweegbrengen op het gebied van extreem breedband en multispectrale CMOS-compatibele fotodetectoren.