Los investigadores de la Universidad Estatal de Arizona están encontrando formas de mejorar la tecnología de fotodetectores infrarrojos que es fundamental para los sistemas de seguridad y defensa nacional. así como también se utiliza cada vez más en aplicaciones comerciales y productos de consumo.

Un avance significativo se informa en un artículo reciente en la revista. Letras de física aplicada . Detalla el descubrimiento de cómo la fotodetección infrarroja se puede realizar de manera más efectiva mediante el uso de ciertos materiales dispuestos en patrones específicos en estructuras a escala atómica.

Se está logrando mediante el uso de múltiples capas ultrafinas de los materiales que tienen solo varios nanómetros de espesor. Se forman cristales en cada capa. Estas estructuras en capas se combinan luego para formar lo que se denomina "superredes".

Los fotodetectores hechos de diferentes cristales absorben diferentes longitudes de onda de luz y las convierten en una señal eléctrica. La eficiencia de conversión alcanzada por estos cristales determina la sensibilidad de un fotodectector y la calidad de detección que proporciona. explica el ingeniero eléctrico Yong-Hang Zhang.

La propiedad única de las superredes es que sus longitudes de onda de detección pueden ajustarse ampliamente cambiando el diseño y la composición de las estructuras en capas. La disposición precisa de los materiales a nanoescala en estructuras de superrejilla ayuda a mejorar la sensibilidad de los detectores de infrarrojos, Dice Zhang.

Zhang es profesor en la Escuela de Electricidad, Ingeniería Informática y Energética, una de las Escuelas de Ingeniería Ira A. Fulton de ASU. Dirige el trabajo de investigación en tecnología infrarroja en el Centro de Innovación Fotónica de ASU.

La investigación adicional en esta área está siendo apoyada por una subvención de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y un nuevo programa de Iniciativa de Investigación Universitaria Multidisciplinaria (MURI) establecido por la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU. ASU es socio del programa dirigido por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

El programa MURI está permitiendo al grupo de Zhang acelerar su trabajo al asociarse con David Smith, profesor del Departamento de Física de la Facultad de Artes y Ciencias Liberales de ASU, y Shane Johnson, un científico investigador senior en las escuelas de ingeniería de la ASU.

El equipo está utilizando una combinación de arseniuro de indio y antimonuro de arseniuro de indio para construir las estructuras de superrejilla. La combinación permite que los dispositivos generen fotoelectrones necesarios para proporcionar imágenes y detección de señales infrarrojas, dice Elizabeth Steenbergen, un estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica que realizó experimentos con los materiales de la superrejilla con colaboradores en el Laboratorio de Investigación del Ejército.

"En un fotodetector, la luz crea electrones. Los electrones emergen del fotodetector como corriente eléctrica. Leemos la magnitud de esta corriente para medir la intensidad de la luz infrarroja, " ella dice.

"En esta cadena, queremos que todos los electrones se recojan del detector de la manera más eficiente posible. Pero a veces estos electrones se pierden dentro del dispositivo y nunca se recogen, "dice el miembro del equipo Orkun Cellek, un asociado de investigación postdoctoral en ingeniería eléctrica.

Zhang dice que el uso de los nuevos materiales por parte del equipo está reduciendo esta pérdida de electrones excitados ópticamente, lo que aumenta la vida útil del portador de electrones en más de 10 veces lo que se ha logrado con otras combinaciones de materiales utilizados tradicionalmente en la tecnología. La vida útil del portador es un parámetro clave que ha limitado la eficiencia del detector en el pasado.

Otra ventaja es que los fotodetectores infrarrojos fabricados con estos materiales de superrejilla no necesitan tanto enfriamiento. Dichos dispositivos se enfrían como una forma de reducir la cantidad de corriente no deseada dentro de los dispositivos que pueden "enterrar" las señales eléctricas. Dice Zhang.

La necesidad de menos enfriamiento reduce la cantidad de energía necesaria para operar los fotodetectores, lo que hará que los dispositivos sean más fiables y los sistemas más rentables.

Los investigadores dicen que aún se pueden realizar mejoras en los diseños de capas de las intrincadas estructuras de superrejilla y en el desarrollo de diseños de dispositivos que permitirán que las nuevas combinaciones de materiales funcionen de manera más efectiva.

Los avances prometen mejorar todo, desde armamento guiado y sofisticados sistemas de vigilancia hasta sistemas de seguridad industrial y para el hogar, el uso de detección infrarroja para imágenes médicas y como herramienta de seguridad vial para conducir de noche o durante tormentas de arena o niebla espesa.

"Podrías ver las cosas delante de ti en la carretera mucho mejor que con cualquier faro, "Dice Cellek.