La pellicola attiva per il nuovo concetto di sensore è spessa solo come un capello umano, qui elaborata su sottili substrati di vetro, e mostra una luminescenza dipendente dalla lunghezza d'onda. Credito:Anton Kirch
In una recente pubblicazione sulla rivista Advanced Materials , un team di fisici e chimici della TU Dresden presenta un sensore a film sottile organico che descrive un modo completamente nuovo di identificare la lunghezza d'onda della luce e raggiunge una risoluzione spettrale inferiore a un nanometro. In quanto componenti integrati, i sensori a film sottile potrebbero eliminare la necessità di spettrometri esterni in futuro. Una domanda di brevetto è già stata depositata per la nuova tecnologia.
La spettroscopia comprende un gruppo di metodi sperimentali che decompongono la radiazione in base a una proprietà specifica, come la lunghezza d'onda o la massa. È considerato uno dei metodi analitici più importanti nella ricerca e nell'industria. Gli spettrometri possono determinare i colori (lunghezze d'onda) delle sorgenti luminose e sono utilizzati come sensori in varie applicazioni, come medicina, ingegneria, industria alimentare e molte altre. Gli strumenti disponibili in commercio sono generalmente relativamente grandi e molto costosi. Si basano principalmente sul principio del prisma o del reticolo:la luce viene rifratta e la lunghezza d'onda viene assegnata in base all'angolo di rifrazione.
Presso l'Istituto di Fisica Applicata (IAP) e il Centro Integrato di Dresda per la Fisica Applicata e i Materiali Fotonici (IAPP) della TU Dresda, tali componenti di sensori basati su semiconduttori organici sono oggetto di ricerca da anni. Con gli spin-off Senorics e PRUUVE, due tecnologie sono già state sviluppate verso la maturità del mercato. Ora, i ricercatori dell'IAP e dell'IAPP, in collaborazione con l'Istituto di chimica fisica, hanno sviluppato un sensore a film sottile che descrive un modo completamente nuovo di identificare la lunghezza d'onda della luce e, a causa delle sue dimensioni ridotte e del suo costo, presenta evidenti vantaggi rispetto agli spettrometri disponibili in commercio.
Concetto di rilevamento della lunghezza d'onda mediante miscelazione eccitone-spin:una lunghezza d'onda sconosciuta eccita una specie emettitrice di lunga e una di breve durata e crea un transitorio di bagliore residuo inequivocabile. Credito:Anton Kirch
Il principio di funzionamento dei nuovi sensori è il seguente:la luce di lunghezza d'onda sconosciuta eccita i materiali luminescenti in una pellicola sottile come un capello. Il film è costituito da una miscela di entità a luce lunga (fosforescente) e a luce corta (fluorescente), che assorbono la luce in esame in modi diversi. L'intensità del bagliore residuo può essere utilizzata per dedurre la lunghezza d'onda della luce in ingresso sconosciuta.
"Sfruttiamo la fisica fondamentale degli stati eccitati nei materiali luminescenti", spiega Anton Kirch, studente di dottorato presso l'IAP. "La luce di diverse lunghezze d'onda eccita in un tale sistema, se adeguatamente composta, alcune proporzioni di triplette di lunga durata e stati di spin di singoletto di breve durata. E invertiamo questa dipendenza. Identificando le frazioni di spin usando un fotorilevatore, possiamo identificare le lunghezze d'onda della luce ."
"La grande forza della nostra alleanza di ricerca qui a Dresda sono i nostri partner", afferma il Prof. Sebastian Reineke, che ha coordinato il progetto. "Insieme ai gruppi del Prof. Alexander Eychmüller della Chimica Fisica e Karl Leo, professore di Optoelettronica, possiamo eseguire noi stessi tutte le fasi di fabbricazione e analisi, iniziando con la sintesi dei materiali e l'elaborazione del film e terminando con la fabbricazione del rivelatore organico. "
Il Dr. Johannes Benduhn è leader del gruppo per i sensori organici e le celle solari presso l'IAP:"Sono rimasto davvero molto colpito dal fatto che una semplice pellicola fotoattiva combinata con un fotorilevatore possa formare un dispositivo ad alta risoluzione".
Utilizzando questa strategia, gli scienziati hanno raggiunto una risoluzione spettrale sub-nanometrica e hanno monitorato con successo i cambiamenti minori della lunghezza d'onda delle sorgenti luminose. Oltre a caratterizzare le sorgenti luminose, i nuovi sensori possono essere utilizzati anche nella protezione dalla contraffazione. "I sensori piccoli ed economici potrebbero essere utilizzati, ad esempio, per controllare in modo rapido e affidabile banconote o documenti per determinate caratteristiche di sicurezza e determinarne così l'autenticità, senza la necessità di costose tecnologie di laboratorio", spiega Anton Kirch. + Esplora ulteriormente
