Чувствительность инфракрасных сенсоров выросла в 100 тысяч раз

Международная команда ученых, в которую вошли исследователи из России и Гонконга, создала технологию, способную сделать инфракрасные сенсоры и оптические чипы гораздо компактнее и чувствительнее. В основе разработки — лазерная печать метаповерхностей, микроскопических структур, управляющих светом и усиливающих его сигнал. Об этом сообщили в пресс-службе Минобрнауки России. Об этом сообщает портал ТАСС.

В проекте участвовали специалисты Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, а также университетов Гонконга.

Метаповерхность — это ультратонкий слой из упорядоченных наноструктур, в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Несмотря на размеры, он может фокусировать, преломлять или усиливать свет, как обычные линзы. Раньше создание таких структур требовало сложной и дорогой литографии.

Новый метод использует фемтосекундный лазер, который сверхкороткими импульсами деформирует тонкую золотую пленку, образуя массив микроскопических бугорков. При правильном расположении они работают как метаповерхность, улавливающая и усиливающая инфракрасное излучение. Эффект основан на «связанных состояниях в континууме»: свет попадает в ловушку на поверхности и многократно отражается, концентрируясь в одной точке. Это позволяет усилить слабые сигналы в сотни тысяч раз.

В эксперименте золотая метаповерхность усилила нелинейный сигнал примерно в 100 тысяч раз по сравнению с гладкой пленкой. Меняя размер бугорков и расстояние между ними, ученые могут настраивать устройство на длины волн от 1,3 до 8 микрометров, охватывая широкий инфракрасный диапазон.

Чтобы доказать эффективность, исследователи напечатали метаповерхность на электродах полевого транзистора. В качестве активного слоя использовали квантовые точки теллурида ртути. Гибридный фотодетектор показал значительно более высокий фототок. При охлаждении до минус 73 градусов прибор достиг рекордной чувствительности — лучший показатель среди аналогов на квантовых точках.

Разработка открывает путь к созданию компактных инфракрасных сенсоров, оптических чипов и детекторов для медицины, систем безопасности, промышленности и науки. Технология позволяет создавать фотодетекторы прямо на существующих элементах электроники, упрощая интеграцию. Результаты опубликованы в журнале Light: Science & Applications.