Команда науковців-інженерів з Університету Вісконсін-Медісон та Університету Буфало створила фотоприймач нанорозмірів зі структурами, які поглинають світло.

Для сучасної електроніки, яка з кожним днем збільшує свою потужність, матеріали особливо маленького розміру є дуже актуальними, адже розробники бажають вдосконалюватися, не збільшуючи масу виробів.

Цей принцип працює також і для оптоелектричних приладів: сенсорів камер або сонячних панелей. Головне завдання оптоелектроніки – це розробка методів перетворення світлового випромінювання в електричний струм. Саме ця наука займається оптимізацією модулів сонячних батарей. Вони захоплюють світло і перетворюють його на електричну енергію. Так само і з передачею інформації через використання світлових діодів. Уявіть, що розмір та вагу декількох сонячних панелей, які продукують електричний струм, можна зменшити, або зробити передачу енергії набагато швидшою.

Однак, на перешкоді прогресу завжди стояли два важливих виклики. По-перше, зменшуючи розмір умовно використаних «аморфних» матеріалів з тонкими плівками, їх якість також погіршується. Тобто, не має гарантії, що електричний струм не розсіюватиметься, чи інформація передаватиметься повноцінно. І, по-друге, коли ультратонкі матеріали стають ще тоншими, вони також стають майже прозорими і втрачають здатність накопичувати світло, а отже, і віддавати енергію.

Аспірант електричної та комп’ютерної інженерії Університету Вісконсін-Медісон тримає в руках зразки нових фотоприймачів

Женк’янг (Джек) Ма та Зонгфу Ю з Університету-Медісона та Кіаокіянг Ган з Буфало описують свій прилад, наномембранний фотоприймач з монокристалічного германію на нанопорожнинній основі у новому випуску журналу Science Advances.

«Ввесь задум полягає в тому, щоб використовувати дуже тонкий матеріал, який зможе виконувати ті ж функції, що й дуже грубий», – говорить Ма.

Прилад складається з шарів нанопорожнин, які покладено між верхніми шарами ультратонкого монокристалічного германію, та шару срібла, який відображає сонячні промені.

«Саме завдяки нанопорожнинам, фотони «переробляються», а отже поглинання світла постійно збільшується, навіть в дуже тонких шарах матеріалу», – підкреслює Ма.

Нанопорожнини виготовляються з впорядкованих серій маленьких, взаємопов’язаних молекул, які й відображають, або циркулюють світло. Ган вже підтвердив, що його нанопорожниннні структури підвищують кількість світла, яке можуть ввібрати тонкі напівпровідникові матеріали, наприклад, германій.

І хоча дослідники і довели переваги свого методу саме на германієвому напівпровіднику, він також може бути застосований до інших напівпровідникових матеріалів.

«І що найважливіше, регулюючи нанопорожнини, ми можемо контролювати довжину хвиль, яку матеріал поглинає», – зазначає Ган. «Це відкриє шлях для розвитку багатьох нових оптоелектричних приладів».