Чувствительность инфракрасных сенсоров повысили в 100 тысяч раз
Международная группа учёных, включая исследователей из России и Гонконга, разработала технологию лазерной печати метаповерхностей, которая позволила повысить чувствительность инфракрасных сенсоров в 100 тысяч раз. Новая методика использует фемтосекундный лазер для создания микроскопических структур на золотой плёнке, способных улавливать и усиливать инфракрасное излучение.
В работе участвовали сотрудники Дальневосточного федерального университета, Университета ИТМО, Института автоматики и процессов управления ДВО РАН и университетов Гонконга. Метаповерхность представляет собой ультратонкий слой из упорядоченных наноструктур, которые в тысячи раз тоньше человеческого волоса и могут фокусировать, преломлять или усиливать свет, заменяя обычные линзы. Ранее для создания таких структур требовалась сложная и дорогая литография.
Новый метод использует фемтосекундный лазер, который сверхкороткими импульсами деформирует тонкую золотую плёнку, создавая на ней массив микроскопических бугорков. При правильном расположении эти бугорки образуют метаповерхность, улавливающую и усиливающую инфракрасное излучение. Эффективность достигается за счёт эффекта «связанных состояний в континууме», когда свет многократно отражается внутри структуры, концентрируясь в одной точке.
В эксперименте золотая метаповерхность усилила нелинейный сигнал примерно в 100 тысяч раз по сравнению с гладкой плёнкой. Учёные могут настраивать устройство на разные длины волн в диапазоне от 1,3 до 8 микрометров. Чтобы продемонстрировать технологию, исследователи напечатали метаповерхность на электродах полевого транзистора, используя в качестве активного слоя квантовые точки теллурида ртути. Полученный гибридный фотодетектор показал значительно более высокий фототок, а при охлаждении до минус 73 градусов достиг рекордной чувствительности среди подобных устройств на квантовых точках. Разработка, по мнению авторов, открывает путь к созданию компактных и чувствительных инфракрасных сенсоров, оптических чипов и детекторов излучения, которые могут найти применение в медицине, системах безопасности, промышленности и научных исследованиях.
