Usando grafeno, uno de los materiales más versátiles de la ciencia, Los ingenieros de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA han inventado un nuevo tipo de fotodetector que puede trabajar con más tipos de luz que sus contrapartes actuales de última generación. El dispositivo también tiene capacidades superiores de detección e imágenes.

Los fotodetectores son sensores de luz; en cámaras y otros dispositivos de imágenes, perciben patrones de partículas elementales llamadas fotones, y crea imágenes a partir de esos patrones. Se construyen diferentes fotodetectores para detectar diferentes partes del espectro de luz. Por ejemplo, Los fotodetectores se utilizan en gafas de visión nocturna para detectar la radiación térmica que es invisible a simple vista. Otros se utilizan en cámaras que identifican sustancias químicas en el medio ambiente por la forma en que reflejan la luz.

La versatilidad y utilidad de los fotodetectores depende en gran medida de tres factores:su velocidad de funcionamiento, su sensibilidad a niveles más bajos de luz, y cuánto del espectro pueden sentir. Típicamente, cuando los ingenieros han mejorado las capacidades de un fotodetector en cualquiera de esas áreas, al menos una de las otras dos capacidades se ha reducido.

El fotodetector diseñado por el equipo de UCLA tiene importantes mejoras en las tres áreas:opera en una amplia gama de luz, procesa imágenes más rápidamente y es más sensible a los bajos niveles de luz que la tecnología actual.

"Nuestro fotodetector podría ampliar el alcance y los usos potenciales de los fotodetectores en los sistemas de detección y de imágenes, "dijo Mona Jarrahi, profesor de ingeniería eléctrica e informática, quien dirigió el estudio. "Podría mejorar drásticamente las imágenes térmicas en visión nocturna o en aplicaciones de diagnóstico médico donde las diferencias sutiles en las temperaturas pueden brindar a los médicos mucha información sobre sus pacientes. También podría usarse en tecnologías de detección ambiental para identificar con mayor precisión la concentración de contaminantes".

El estudio fue publicado en la revista Luz:ciencia y aplicaciones .

El nuevo fotodetector aprovecha las propiedades únicas del grafeno, un material superdelgado formado por una sola capa de átomos de carbono. El grafeno es un material excelente para detectar fotones porque puede absorber energía de una amplia franja del espectro electromagnético, desde la luz ultravioleta hasta la luz visible y las bandas de infrarrojos y microondas. El grafeno también es un muy buen conductor de corriente eléctrica:los electrones pueden fluir a través de él sin obstáculos.

Para formar el fotodetector, los investigadores colocaron tiras de grafeno sobre una capa de dióxido de silicio, que a su vez cubre una base de silicio. Luego, crearon una serie de patrones a nanoescala en forma de peine, hecho de oro, con "dientes" de unos 100 nanómetros de ancho.

El grafeno actúa como una red para atrapar los fotones entrantes y luego convertirlos en una señal eléctrica. Los nanopatrones dorados en forma de peine transfieren rápidamente esa información a un procesador, que a su vez produce una imagen de alta calidad correspondiente, incluso en condiciones de poca luz.

"Diseñamos específicamente las dimensiones de las nanobandas de grafeno y sus parches metálicos de tal manera que la luz visible e infrarroja entrante esté estrechamente confinada en su interior, "dijo Semih Cakmakyapan, un becario postdoctoral de UCLA y el autor principal del estudio. "Este diseño produce de manera eficiente una señal eléctrica que sigue variaciones ultrarrápidas y sutiles en la intensidad de la luz en todo el rango espectral, de visible a infrarrojo ".