Los ingenieros de Caltech han desarrollado por primera vez un detector de luz que combina dos tecnologías dispares:nanofotónica, que manipula la luz a nanoescala, y termoeléctrica, que traduce las diferencias de temperatura directamente en voltaje de electrones, para distinguir diferentes longitudes de onda (colores) de luz, incluyendo longitudes de onda visibles e infrarrojas, en alta resolución.

Los detectores de luz que distinguen entre diferentes colores de luz o calor se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluidos los satélites que estudian la vegetación y el paisaje cambiantes de la tierra y los generadores de imágenes médicas que distinguen entre células sanas y cancerosas en función de sus variaciones de color.

El nuevo detector, descrito en un artículo en Nanotecnología de la naturaleza el 22 de mayo opera aproximadamente de 10 a 100 veces más rápido que los dispositivos termoeléctricos comparables actuales y es capaz de detectar luz en un rango más amplio del espectro electromagnético que los detectores de luz tradicionales. En detectores de luz tradicionales, los fotones de luz entrantes se absorben en un semiconductor y excitan los electrones que son capturados por el detector. El movimiento de estos electrones excitados por la luz produce una corriente eléctrica, una señal, que puede medirse y cuantificarse. Si bien es efectivo, este tipo de sistema dificulta "ver" la luz infrarroja, que se compone de fotones de menor energía que los de la luz visible.

Debido a que los nuevos detectores son potencialmente capaces de capturar longitudes de onda infrarrojas de luz solar y calor que no pueden ser recolectadas de manera eficiente por materiales solares convencionales, la tecnología podría conducir a mejores células solares y dispositivos de imágenes.

"En nanofotónica, Estudiamos la forma en que la luz interactúa con estructuras que son mucho más pequeñas que la propia longitud de onda óptica, lo que resulta en un confinamiento extremo de la luz. En este trabajo, Hemos combinado este atributo con las características de conversión de energía de los termoeléctricos para permitir un nuevo tipo de dispositivo optoelectrónico, "dice Harry Atwater, autor correspondiente del estudio. Atwater es Profesor Howard Hughes de Física Aplicada y Ciencia de Materiales en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech, y director del Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial (JCAP). JCAP es un Centro de Innovación Energética del Departamento de Energía (DOE) centrado en desarrollar un método rentable para convertir la luz solar, agua, y dióxido de carbono en combustible. Está dirigido por Caltech con Berkeley Lab como socio principal.

El equipo de Atwater construyó materiales con nanoestructuras de cientos de nanómetros de ancho, más pequeñas incluso que las longitudes de onda de la luz que representan el espectro visible. que varía de aproximadamente 400 a 700 nanómetros.

Los investigadores crearon nanoestructuras con una variedad de anchos, que absorben diferentes longitudes de onda (colores) de luz. Cuando estas nanoestructuras absorben la luz, generan una corriente eléctrica con una fuerza que corresponde a la longitud de onda de la luz que se absorbe.

Los detectores fueron fabricados en la sala limpia del Instituto de Nanociencia Kavli en Caltech, donde el equipo creó estructuras de sublongitud de onda utilizando una combinación de deposición de vapor (que condensa capas de material delgadas como átomos en una superficie a partir de una niebla rica en elementos) y litografía por haz de electrones (que luego corta patrones a nanoescala en ese material usando un haz enfocado de electrones ). Las estructuras, que resuenan y generan una señal cuando absorben fotones con longitudes de onda específicas, fueron creados a partir de aleaciones con propiedades termoeléctricas conocidas, pero la investigación es aplicable a una amplia gama de materiales, dicen los autores.

"Esta investigación es un puente entre dos campos de investigación, nanofotónica y termoeléctrica, que no interactúan a menudo, y crea una vía de colaboración, "dice la estudiante graduada Kelly Mauser (MS '16), autor principal del Nanotecnología de la naturaleza estudio. "Hay una plétora de oportunidades de investigación y aplicaciones emocionantes e inexploradas en la unión de estos dos campos".

El estudio se titula "Nanofotónica termoeléctrica resonante".