Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado una nueva "microlente" basada en nanotecnología que utiliza oro para aumentar la fuerza de las imágenes infrarrojas y podría conducir a una nueva generación de cámaras satelitales ultrapotentes y dispositivos de visión nocturna.

Aprovechando las propiedades únicas del oro a nanoescala para "exprimir" la luz en pequeños orificios en la superficie del dispositivo, los investigadores han duplicado la capacidad de detección de un detector infrarrojo basado en puntos cuánticos. Con algunos refinamientos, los investigadores esperan que esta nueva tecnología pueda mejorar la detección hasta 20 veces.

Este estudio es el primero en más de una década que demuestra el éxito en la mejora de la señal de un detector de infrarrojos sin aumentar también el ruido. dijo el líder del proyecto Shawn-Yu Lin, profesor de física en Rensselaer y miembro del Future Chips Constellation and Smart Lighting Engineering Research Center de la universidad.

"La detección de infrarrojos es una gran prioridad en este momento, Dado que la tecnología de imágenes satelitales infrarrojas más efectiva tiene el potencial de beneficiar todo, desde la seguridad nacional hasta el monitoreo del cambio climático y la deforestación, "dijo Lin, quien en 2008 creó el material más oscuro del mundo, así como un revestimiento para paneles solares que absorbe el 99,9 por ciento de la luz desde casi todos los ángulos.

"Hemos demostrado que se puede utilizar oro nanoscópico para enfocar la luz que entra en un detector de infrarrojos, lo que a su vez mejora la absorción de fotones y también mejora la capacidad de los puntos cuánticos incrustados para convertir esos fotones en electrones. Este tipo de comportamiento nunca antes se había visto, " él dijo.

Resultados del estudio, titulado "Un fotodetector infrarrojo mejorado de plasma de superficie basado en puntos cuánticos de InAs, "fueron publicados en línea recientemente por la revista Nano letras . El artículo también aparecerá en un próximo número de la edición impresa de la revista. La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE. UU. Financió este estudio.

La detectividad de un fotodetector de infrarrojos está determinada por la cantidad de señal que recibe, dividido por el ruido que recibe. El estado actual de la técnica en fotodetectores se basa en la tecnología de telururo de mercurio-cadmio (MCT), que tiene una señal fuerte pero enfrenta varios desafíos, incluidos tiempos de exposición prolongados para imágenes de baja señal. Lin dijo que su nuevo estudio crea una hoja de ruta para desarrollar fotodetectores infrarrojos de puntos cuánticos (QDIP) que pueden superar a los MCT, y cerrar la brecha de innovación que ha frenado el progreso de la tecnología infrarroja durante la última década.

Los QDIP de plasmón de superficie son largos, estructuras planas con innumerables agujeros diminutos en la superficie. La superficie sólida de la estructura que construyó Lin está cubierta con aproximadamente 50 nanómetros, o 50 mil millonésimas de metro, de oro. Cada orificio tiene aproximadamente 1,6 micrones, o 1,6 millonésimas de metro, de diámetro, y 1 micra de profundidad. Los agujeros están llenos de puntos cuánticos, que son cristales a nanoescala con propiedades ópticas y semiconductoras únicas.

Las interesantes propiedades de la superficie dorada del QDIP ayudan a enfocar la luz entrante directamente en los agujeros de microescala y concentran efectivamente esa luz en el grupo de puntos cuánticos. Esta concentración refuerza la interacción entre la luz atrapada y los puntos cuánticos, y, a su vez, refuerza la capacidad de los puntos para convertir esos fotones en electrones. El resultado final es que el dispositivo de Lin crea un campo eléctrico hasta un 400 por ciento más fuerte que la energía bruta que ingresa al QDIP.

El efecto es similar al que resultaría de cubrir cada pequeño orificio del QDIP con una lente, pero sin el peso extra, y menos la molestia y el costo de instalar y calibrar millones de lentes microscópicos, Dijo Lin.

El equipo de Lin también demostró en el artículo de la revista que la capa de oro a nanoescala en el QDIP no agrega ningún ruido ni impacta negativamente en el tiempo de respuesta del dispositivo. Lin planea continuar perfeccionando esta nueva tecnología y usar oro para impulsar la detectividad del QDIP, al ensanchar el diámetro de los agujeros de la superficie y al colocar más eficazmente los puntos cuánticos.

"Creo que, en algunos años, podremos crear un dispositivo QDIP basado en oro con una mejora de 20 veces en la señal de lo que tenemos hoy, "Lin dijo." Es un objetivo muy razonable, y podría abrir una gama completamente nueva de aplicaciones, desde mejores gafas de visión nocturna para soldados hasta dispositivos de imágenes médicas más precisos ".