I ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute hanno sviluppato una nuova "microlente" basata sulla nanotecnologia che utilizza l'oro per aumentare la forza dell'imaging a infrarossi e potrebbe portare a una nuova generazione di telecamere satellitari ultra potenti e dispositivi per la visione notturna.

Sfruttando le proprietà uniche dell'oro su scala nanometrica per "spremere" la luce in minuscoli fori sulla superficie del dispositivo, i ricercatori hanno raddoppiato la capacità di rilevamento di un rivelatore a infrarossi basato su punti quantici. Con alcuni perfezionamenti, i ricercatori si aspettano che questa nuova tecnologia dovrebbe essere in grado di migliorare la rilevabilità fino a 20 volte.

Questo studio è il primo in più di un decennio a dimostrare il successo nel migliorare il segnale di un rivelatore a infrarossi senza aumentare anche il rumore, ha affermato il capo progetto Shawn-Yu Lin, professore di fisica al Rensselaer e membro del Future Chips Constellation e del Centro di ricerca sull'ingegneria dell'illuminazione intelligente dell'università.

"Il rilevamento a infrarossi è una grande priorità in questo momento, poiché la tecnologia di imaging satellitare a infrarossi più efficace ha il potenziale per beneficiare di tutto, dalla sicurezza interna al monitoraggio dei cambiamenti climatici e della deforestazione, " disse Lin, che nel 2008 ha creato il materiale più scuro al mondo e un rivestimento per pannelli solari che assorbe il 99,9 percento della luce da quasi tutte le angolazioni.

"Abbiamo dimostrato che è possibile utilizzare l'oro nanoscopico per focalizzare la luce che entra in un rilevatore a infrarossi, che a sua volta migliora l'assorbimento dei fotoni e migliora anche la capacità dei punti quantici incorporati di convertire quei fotoni in elettroni. Questo tipo di comportamento non è mai stato visto prima, " Egli ha detto.

Risultati dello studio, intitolato "A Surface Plasmon Enhanced Infrared Photodetector basato su InAs Quantum Dots, " sono stati pubblicati online di recente dalla rivista Nano lettere . Il documento apparirà anche in un prossimo numero dell'edizione cartacea della rivista. L'Ufficio per la ricerca scientifica dell'aeronautica statunitense ha finanziato questo studio.

La rilevabilità di un fotorilevatore a infrarossi è determinata dalla quantità di segnale che riceve, diviso per il rumore che riceve. L'attuale stato dell'arte dei fotorivelatori si basa sulla tecnologia al mercurio-cadmio-tellururo (MCT), che ha un segnale forte ma affronta diverse sfide, inclusi lunghi tempi di esposizione per l'imaging a basso segnale. Lin ha affermato che il suo nuovo studio crea una tabella di marcia per lo sviluppo di fotorivelatori a infrarossi a punti quantici (QDIP) in grado di superare gli MCT, e colmare il divario di innovazione che ha arrestato il progresso della tecnologia a infrarossi nell'ultimo decennio.

I QDIP plasmonici di superficie sono lunghi, strutture piatte con innumerevoli piccoli fori sulla superficie. La superficie solida della struttura che Lin ha costruito è ricoperta da circa 50 nanometri - o 50 miliardesimi di metro - d'oro. Ogni foro ha un diametro di circa 1,6 micron - o 1,6 milionesimi di metro, e 1 micron di profondità. I buchi sono riempiti con punti quantici, che sono cristalli su scala nanometrica con proprietà ottiche e semiconduttrici uniche.

Le interessanti proprietà della superficie dorata del QDIP aiutano a focalizzare la luce in ingresso direttamente nei fori su microscala e concentrano efficacemente quella luce nel pool di punti quantici. Questa concentrazione rafforza l'interazione tra la luce intrappolata e i punti quantici, e a sua volta rafforza la capacità dei punti di convertire quei fotoni in elettroni. Il risultato finale è che il dispositivo di Lin crea un campo elettrico fino al 400 percento più forte dell'energia grezza che entra nel QDIP.

L'effetto è simile a quello che risulterebbe coprendo ogni minuscolo foro sul QDIP con una lente, ma senza il peso extra, e meno il fastidio e il costo di installazione e calibrazione di milioni di lenti microscopiche, disse Lin.

Il team di Lin ha anche dimostrato nel giornale che lo strato d'oro su scala nanometrica sul QDIP non aggiunge alcun rumore o influisce negativamente sul tempo di risposta del dispositivo. Lin prevede di continuare a perfezionare questa nuova tecnologia e utilizzare l'oro per aumentare la capacità di rilevamento del QDIP, sia allargando il diametro dei fori superficiali sia posizionando in modo più efficace i punti quantici.

"Penso che, nel giro di pochi anni, saremo in grado di creare un dispositivo QDIP basato sull'oro con un miglioramento del segnale di 20 volte rispetto a quello che abbiamo oggi, " Lin ha detto. "E 'un obiettivo molto ragionevole, e potrebbe aprire una gamma completamente nuova di applicazioni da migliori occhiali per la visione notturna per soldati a dispositivi di imaging medico più accurati".