Tüm Işık Tonlarını Görebilen Dünyanın İlk Fotodedektörü

Fotoğraf: RMIT Üniversitesi araştırmacıları tarafından oluşturulan fotodedektör cihazına ilişkin sanatçı izlenimi.

İnce ve Ultra Hızlı Fotodedektör Tüm Spektrumu Görüyor

Araştırmacılar, modern teknolojinin en temel unsurlarından birini kökten azaltan bir prototip cihazda, ışığın tüm tonlarını görebilen dünyanın ilk fotodedektörünü geliştirdiler.

Fotodedektörler, ışıkla taşınan bilgileri elektrik sinyaline dönüştürerek çalışıyor ve oyun konsollarından fiber optik iletişime, tıbbi görüntülemeye ve hareket dedektörlerine kadar birçok çeşitli teknolojide kullanılıyor. Şu anda, fotodedektörler bir cihazda birden fazla rengi algılayamamaktalar.

Bu, entegre oldukları silikon çip gibi diğer teknolojilerden daha büyük ve yavaş kaldıkları anlamına geliyor.

RMIT Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni hiper verimli ve genişbantlı fotodedektör, piyasada bulunan en küçük fotodedektör cihazından en az 1.000 kat daha ince.

Prototip cihaz, teknoloji için önemli bir adım olarak, ultraviyole ve yakın kızılötesi arasındaki tüm ışık tonlarını da görebiliyor ve elektrik ve optik bileşenleri aynı çip üzerinde entegre etmek için yeni fırsatlar sunuyor.

Yeni İmkanlar

Çığır açan teknoloji, gelişmiş biyomedikal görüntülemenin önünü açarak kanser gibi sağlık sorunlarının erken tespitini güçlendiriyor.

Araştırmanın baş yazarı, doktora araştırmacısı Vaishnavi Krishnamurthi, foto algılama teknolojilerinde malzemeyi inceltmenin genellikle performans kaybına neden olduğunu söylüyor.

“Ancak biz nanometreden daha ince olmasına rağmen güçlü bir etki yaratan bir cihaz tasarlamayı başardık, ki bu bir toplu iğne ucunun genişliğinden kabaca bir milyon kat daha küçük.” diyor.

Ultra ince prototip, tıbbi görüntüleme ekipmanını küçültmenin yanı sıra, daha etkili hareket dedektörleri, düşük ışıklı görüntüleme ve potansiyel olarak daha hızlı fiber optik iletişim için olanaklar sunuyor.

Krishnamurthi, “Biyomedikal görüntüleme ekipmanlarındaki daha küçük fotodedektörler, radyasyon tedavisi sırasında kanser hücrelerinin daha doğru hedeflenmesini sağlayabilir.” diyor.

“Teknolojiyi küçültmek, bugün sahip olduğumuz büyük ekipmana kıyasla, uzak bölgelere kolaylıkla götürülebilecek daha küçük, taşınabilir tıbbi görüntüleme sistemlerinin sağlanmasına da yardımcı olabilir.”

Spektrumu Aydınlatma

Fotodedektörlerin ne kadar yönlü ve kullanışlı oldukları başlıca üç faktöre bağlıdır: çalışma hızları, düşük ışık seviyelerine duyarlılıkları ve spektrumun ne kadarını algılayabildikleri.

Tipik olarak, mühendisler bir fotodedektörün bu alanlardan birinde kabiliyetlerini geliştirmeye çalıştıklarında, diğer kabiliyetlerinden en az biri azalıyor.

Mevcut fotodedektör teknolojisi, üç ila dört katmandan oluşan yığılmış bir yapıya dayanıyor.

Fotoğraf: Fotodedektörlerin yakın çekim fotoğrafı.

Ekmeğinizin, tereyağınızın, peynirinizin ve bir kat daha ekmeğinizin olduğu bir sandviç düşünün. O sandviçi ne kadar iyi ezerseniz ezin, her zaman dört kat kalınlıkta olacaktır ve eğer bir katmanını kaldırırsanız, kaliteden ödün verirsiniz.

RMIT School of Engineering’den araştırmacılar, istiflenmiş modeli rafa kaldırdı ve bir çip üzerinde sadece tek bir atom kalınlığındaki nano-ince bir katmanın nasıl kullanılacağını buldular.

Daha da önemlisi, bunu fotodedektörün hızını, düşük ışıktaki hassasiyetini ya da spektrumun görünürlüğünü azaltmadan yaptılar.

Prototip cihaz, derin ultraviyole ile yakın kızılötesi dalga boylarına kadar değişen ışığı yorumlayabiliyor ve insan gözünden daha geniş bir spektruma duyarlı hale getiriyor.

Ve bunu göz kırpma hızından 10.000 kat daha hızlı yapıyor.

Nano-ince Teknoloji

Ekip için en büyük zorluk, daha önce ışık algılama teknolojilerinin minyatürleştirilmesini engelleyen teknolojik bir darboğaz olan, fotodedektör küçültüldüğünde elektronik ve optik özelliklerin bozulmamasını sağlamaktı.

Baş araştırmacı Doç. Dr. Sumeet Walia, kullanılan malzeme olan kalay monosülfürün düşük maliyetli ve doğal olarak bol olduğunu, bunun da malzemeyi elektronik ve optoelektronik için cazip hale getirdiğini söylüyor.

“Malzeme, cihazın düşük aydınlatma koşullarında son derece hassas olmasını sağlayarak, geniş bir ışık spektrumunda düşük ışıklı fotoğrafçılık için uygun hale getiriyor,” diyor.

Walia, ekibinin artık CMOS çipleri gibi mevcut teknolojilerle entegre edilebilen fotodedektörleri için endüstri uygulamalarını gözden geçirdiklerini söylüyor.

“Daha fazla gelişme ile, gece güvenlik kameralarında daha etkili hareket algılama ve daha hızlı, daha verimli veri depolama gibi uygulamalarla ilgilenebilirdik,” diyor.

Kaynak: scitechdaily.com