El poder mejorado de la nueva técnica de medición para caracterizar materiales a escalas mucho más pequeñas que cualquier tecnología actual acelerará el descubrimiento y la investigación de 2-D, materiales a micro y nanoescala.

Ser capaz de medir con precisión las propiedades de los semiconductores de los materiales en pequeños volúmenes ayuda a los ingenieros a determinar la gama de aplicaciones para las que estos materiales pueden ser adecuados en el futuro. particularmente a medida que el tamaño de los dispositivos electrónicos y ópticos continúa reduciéndose.

Daniel Wasserman, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Escuela de Ingeniería Cockrell, dirigió el equipo que construyó el sistema físico, desarrolló la técnica de medición capaz de alcanzar este nivel de sensibilidad y demostró con éxito su rendimiento mejorado. Su trabajo fue informado hoy en Comunicaciones de la naturaleza .

El enfoque de diseño del equipo se centró en desarrollar la capacidad de proporcionar retroalimentación cuantitativa sobre la calidad del material, con aplicaciones particulares para el desarrollo y fabricación de dispositivos optoelectrónicos. El método demostrado es capaz de medir muchos de los materiales que los ingenieros creen que algún día serán omnipresentes en los dispositivos optoelectrónicos de próxima generación.

La optoelectrónica es el estudio y la aplicación de dispositivos electrónicos que pueden generar, detectar y controlar la luz. Dispositivos optoelectrónicos que detectan la luz, conocidos como fotodetectores, utilice materiales que generen señales eléctricas a partir de la luz. Los fotodetectores se encuentran en las cámaras de los teléfonos inteligentes, células solares y en los sistemas de comunicación de fibra óptica que componen nuestras redes de banda ancha. En un material optoelectrónico, la cantidad de tiempo que los electrones permanecen "fotoexcitados, "o capaz de producir una señal eléctrica, es un indicador confiable de la calidad potencial de ese material para aplicaciones de fotodetección.

El método actual utilizado para medir la dinámica de la portadora, o vidas, de electrones fotoexcitados es costoso y complejo y solo mide muestras de material a gran escala con una precisión limitada. El equipo de UT decidió intentar utilizar un método diferente para cuantificar estas vidas mediante la colocación de pequeños volúmenes de los materiales en circuitos resonadores de microondas especialmente diseñados. Las muestras se exponen a campos de microondas concentrados mientras están dentro del resonador. Cuando la muestra recibe luz, la señal del circuito de microondas cambia, y el cambio en el circuito se puede leer en un osciloscopio estándar. La caída de la señal de microondas indica la vida útil de los portadores de carga fotoexcitados en pequeños volúmenes del material colocado en el circuito.

"La medición de la desintegración de la señal eléctrica (microondas) nos permite medir la vida útil del portador de los materiales con mucha mayor precisión, ", Dijo Wasserman." Hemos descubierto que es más simple, método más barato y más eficaz que los enfoques actuales ".

La vida útil del portador es un parámetro de material crítico que brinda información sobre la calidad óptica general de un material y, al mismo tiempo, determina el rango de aplicaciones para las cuales un material podría usarse cuando está integrado en la estructura de un dispositivo fotodetector. Por ejemplo, Los materiales que tienen una vida útil muy larga pueden ser de alta calidad óptica y, por lo tanto, muy sensibles. pero puede que no sea útil para aplicaciones que requieren alta velocidad.

"A pesar de la importancia de la vida útil del operador, no hay muchos, Si alguna, opciones sin contacto para caracterizar materiales de áreas pequeñas como píxeles infrarrojos o materiales 2-D, que han ganado popularidad e importancia tecnológica en los últimos años, "Dijo Wasserman.

Un área que seguramente se beneficiará de las aplicaciones del mundo real de esta tecnología es la detección por infrarrojos, un componente vital en la detección molecular, imágenes térmicas y determinados sistemas de defensa y seguridad.

"Una mejor comprensión de los materiales infrarrojos podría conducir a innovaciones en gafas de visión nocturna o espectroscopía infrarroja y sistemas de detección, "Dijo Wasserman.

Los detectores de alta velocidad que operan en estas frecuencias podrían incluso permitir el desarrollo de la comunicación en el espacio libre en el infrarrojo de longitud de onda larga, una tecnología que permite la comunicación inalámbrica en condiciones difíciles. en el espacio o entre edificios en entornos urbanos.