Un equipo de investigadores ha construido un sensor inteligente, del tamaño de aproximadamente 1/1000 de la sección transversal de un cabello humano, que puede detectar simultáneamente la intensidad, la polarización y la longitud de onda de la luz, aprovechando las propiedades cuánticas de los electrones. Es un gran avance que podría ayudar a avanzar en los campos de la astronomía, la atención médica y la teledetección.

Dirigido por Fengnian Xia, profesor asociado de ingeniería y ciencia de Barton L. Weller en Yale y Fan Zhang, profesor asociado de física en la Universidad de Texas en Dallas, los resultados se publican en Nature .

Los investigadores han aprendido en los últimos años que torcer ciertos materiales en ángulos específicos puede formar lo que se conoce como "materiales muaré", que provocan propiedades no descubiertas previamente. En este caso, el equipo de investigación utilizó grafeno de doble bicapa retorcido (TDBG), es decir, dos capas atómicas de átomos de carbono apilados naturales con un ligero giro rotacional, para construir su dispositivo de detección. Esto es fundamental porque la torsión reduce la simetría del cristal y los materiales con estructuras atómicas que son menos simétricas, en muchos casos, prometen algunas propiedades físicas intrigantes que no se encuentran en aquellos con mayor simetría.

Con este dispositivo, los investigadores pudieron detectar una fuerte presencia de lo que se conoce como efecto fotovoltaico masivo (BPVE), un proceso que convierte la luz en electricidad, dando una respuesta fuertemente dependiente de la intensidad de la luz, la polarización y la longitud de onda. Los investigadores descubrieron que el BPVE en TDBG se puede ajustar aún más por medios eléctricos externos, lo que les permitió crear "huellas dactilares 2D" de los fotovoltajes para cada luz incidente diferente.

Shaofan Yuan, estudiante de posgrado en el laboratorio de Xia y coautor principal del estudio, tuvo la idea de aplicar una red neuronal convolucional (CNN), un tipo de red neuronal artificial utilizada anteriormente para el reconocimiento de imágenes, para descifrar estas huellas dactilares. A partir de ahí, pudieron demostrar un fotodetector inteligente.

Su pequeño tamaño lo hace potencialmente valioso para aplicaciones como la exploración del espacio profundo, las pruebas médicas in situ y la detección remota en vehículos o aviones autónomos. Además, su trabajo revela un nuevo camino para la investigación de la óptica no lineal basada en materiales muaré.

"Idealmente, un solo dispositivo inteligente puede reemplazar varios elementos ópticos voluminosos, complejos y costosos que se utilizan para capturar la información de la luz, lo que ahorra espacio y costos de manera espectacular", dijo Chao Ma, estudiante de posgrado en el laboratorio de Xia y coautor principal. de El estudio. + Explora más

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