مواد و ساخت پیشرفته

یک دستگاه عکسبرداری جدید برای طیف‌های گسترده بر روی یک تراشه واحد در دانشگاه دوک تهیه شده است. این آشکارساز نوری طیف وسیعی از فرکانس های نور را با استفاده از فیلترهای طیفی که روی تراشه ایجاد شده آشکار می‌کند. فناوری این دوربین مبتنی بر پلاسمونیک است (استفاده از پدیده های فیزیکی نانو برای به دام انداختن فرکانس های خاص نور).
پروفسور Maiken Mikkelsen و تیم وی برای رهیافت پلاسمونیک خود برای ساختن یک دوربین حرارتی به همراه فیلتر بر روی تراشه، مکعب های نقره ای به عرض 100 نانومتر ایجاد کردند و آنها را روی یک فیلم شفاف قرار دادند که چند نانومتر بالای یک لایه نازک از طلا قرار گرفته است. هنگامی که نور به سطح یک نانو مکعب برخورد می‌کند، الکترون های نقره را برانگیخته می‌کند و انرژی نور در یک فرکانس خاص را به دام می اندازد. این فرکانس با اندازه نانومکعب‌های نقره و فاصله آن از لایه پایه طلا تعیین می‌شود. محققان با تنظیم دقیق اندازه ها و فاصله ها در تنظیمات خود، می توانند میزان نور جذب شده را کنترل کنند و سیستم را وادار کنند تا به هر فرکانس الکترومغناطیسی که انتخاب می‌کنند، پاسخ دهد.
هدف بعدی این محققان مهار این پدیده برای ساخت یک دوربین تجاری فراطیفی است. برای این کار ، آنها معتقدند که به شبکه ای از آشکارسازهای کوچک، هر یک از آنها برای فرکانس متفاوتی تنظیم شده‌اند تا به یک "superpixel" بزرگتر تبدیل شوند، نیاز خواهد بود.
این تیم تحقیقاتی در قدم اول از چهار آشکارساز جداگانه متناسب با طول موجی بین 750 تا 1900 نانومتر استفاده کرد. ساختار پلاسمونی آشکارسازها انرژی را در فرکانسهای خاص نور ورودی جذب کرده و گرم می شوند. گرما باعث تغییر در ساختار بلوری ماده لایه نازک پیروالکتریک (نیترید آلومینیوم) می‌شود که به طور مستقیم در زیر سطح قرار گرفته است. این تغییر ساختاری ولتاژی ایجاد می کندکه توسط لایه زیرین آن (یک لایه نیمه هادی سیلیکون که سیگنال را برای تجزیه و تحلیل به رایانه منتقل می کند) پایین خوانده می شود.
در این پروژه، محققان از ماده پیروالکتریک برای ساخت آشکارساز استفاده کرده‌اند، در گذشته نیز از ماده پیروالکتریک استفاده می‌شد ولی نمی‌توانستند بر روی فرکانس های خاص الکترومغناطیسی متمرکز شوند. همچنین به لایه های ضخیمی از ماده پیرو الکتریک برای ایجاد سیگنال الکتریکی مناسب، نیاز بود که باعث می‌شد این فوتودکتورها با سرعت بسیار کندی کار کنند.
Mikkelsen براساس این فناوری چندین کاربرد بالقوه را برای دوربین های تجاری می بیند، زیرا فرایند مورد نیاز برای ساخت چنین آشکارسازهای نوری نسبتاً سریع و ارزان است. ترکیبی از چندین آشکارساز با واکنشهای متفاوت فرکانسی بر روی یک تراشه، می تواند دوربین های چند طیفی سبک و ارزان قیمت را برای کاربردهایی مانند جراحی سرطان، بازرسی ایمنی مواد غذایی و کشاورزی دقیق را فراهم کند.
منبع:
https://www.photonics.com/Articles/Plasmonics-Based_Light_Detector_Could_Support/a65333