I ricercatori della Rice University e dei Sandia National Laboratories hanno realizzato un fotorilevatore basato su nanotubi che raccoglie la luce dentro e oltre le lunghezze d'onda visibili. Promette di rendere possibile un insieme unico di dispositivi optoelettronici, celle solari e forse anche telecamere specializzate.

Una fotocamera tradizionale è un rilevatore di luce che cattura una registrazione, nei prodotti chimici, di ciò che vede. Le moderne fotocamere digitali hanno sostituito la pellicola con rivelatori basati su semiconduttori.

Ma il rilevatore di riso, al centro di un articolo apparso oggi sulla rivista Nature online Rapporti scientifici , si basa su nanotubi di carbonio extra lunghi. A 300 micrometri, i nanotubi sono ancora lunghi solo un centesimo di pollice, ma ogni tubo è migliaia di volte più lungo di quanto sia largo.

Questo avvia il rilevatore a banda larga in quello che il fisico della Rice Junichiro Kono considera un dispositivo macroscopico, facilmente collegato agli elettrodi per il test. I nanotubi vengono coltivati ​​come un "tappeto" molto sottile dal laboratorio del chimico della Rice Robert Hauge e pressati orizzontalmente per trasformarli in un sottile foglio di centinaia di migliaia di tubi ben allineati.

Sono tutti della stessa lunghezza, Kono ha detto, ma i nanotubi hanno larghezze diverse e sono un mix di conduttori e semiconduttori, ognuno dei quali è sensibile a diverse lunghezze d'onda della luce. "I dispositivi precedenti erano o un singolo nanotubo, sensibili solo a lunghezze d'onda limitate, " disse. "O erano reti casuali di nanotubi che funzionavano, ma era molto difficile capire il perché".

"Il nostro dispositivo combina le due tecniche, " ha detto Sébastien Nanot, un ex ricercatore post-dottorato nel gruppo di Kono e primo autore dell'articolo. "È semplice nel senso che ogni nanotubo è collegato a entrambi gli elettrodi, come negli esperimenti a singolo nanotubo. Ma abbiamo molti nanotubi, che ci dà la qualità di un dispositivo macroscopico."

Con così tanti nanotubi di così tanti tipi, l'array può rilevare la luce dall'infrarosso (IR) all'ultravioletto, e tutte le lunghezze d'onda visibili intermedie. Il fatto che possa assorbire la luce in tutto lo spettro dovrebbe rendere il rivelatore di grande interesse per l'energia solare, e le sue capacità IR possono renderlo adatto per applicazioni di imaging militare, disse Kono. "Nel campo visibile, ci sono già molti buoni rilevatori, " ha detto. "Ma nell'IR, esistono solo rilevatori a bassa temperatura e non sono convenienti per scopi militari. Il nostro rilevatore funziona a temperatura ambiente e non ha bisogno di funzionare in un vuoto speciale."

Il rivelatore è sensibile anche alla luce polarizzata e assorbe la luce che lo colpisce parallelamente ai nanotubi, ma non se il dispositivo è ruotato di 90 gradi.

Il lavoro è il primo esito positivo di una collaborazione tra Rice e Sandia nell'ambito del programma del National Institute for Nano Engineering di Sandia finanziato dal Dipartimento dell'Energia. Il gruppo di François Léonard a Sandia ha sviluppato un nuovo modello teorico che spiegava correttamente e quantitativamente tutte le caratteristiche del fotorilevatore a nanotubi. "Comprendere i principi fondamentali che governano questi fotorivelatori è importante per ottimizzarne il design e le prestazioni, " ha detto Leonardo.

Kono si aspetta che dalla collaborazione scaturiscano molti altri documenti. Il dispositivo iniziale, secondo Leonard, dimostra semplicemente il potenziale dei fotorivelatori a nanotubi. Hanno in programma di costruire nuove configurazioni che estendano la loro portata ai terahertz e di testare le loro capacità come dispositivi di imaging. "C'è il potenziale qui per realizzare dispositivi reali e utili da questa ricerca fondamentale, " disse Kono.