(Phys.org) —I ricercatori della Rice University hanno creato un CMOS compatibile, fotorivelatore biomimetico a colori che risponde direttamente al rosso, luce verde e blu più o meno allo stesso modo dell'occhio umano.

Il nuovo dispositivo è stato creato dai ricercatori del Rice's Laboratory for Nanophotonics (LANP) ed è descritto online in un nuovo studio sulla rivista Materiale avanzato . Utilizza un reticolo in alluminio che può essere aggiunto ai fotorilevatori al silicio con la tecnologia cardine dell'industria dei microchip di silicio, "Semiconduttore complementare ossido di metallo, " o CMOS.

I fotorivelatori convenzionali convertono la luce in segnali elettrici ma non hanno una sensibilità intrinseca al colore. Per acquisire immagini a colori, i produttori di fotorivelatori devono aggiungere filtri colorati in grado di separare una scena in rosso, componenti di colore verde e blu. Questo filtraggio del colore viene comunemente eseguito utilizzando filtri dielettrici o coloranti off-chip, che si degradano sotto l'esposizione alla luce solare e possono anche essere difficili da allineare con i sensori di imaging.

"Gli odierni meccanismi di filtraggio del colore spesso coinvolgono materiali che non sono compatibili con CMOS, ma questo nuovo approccio presenta vantaggi oltre l'integrazione su chip, ", ha affermato il direttore della LANP Naomi Halas, lo scienziato capo dello studio. "È anche più compatto e semplice e imita più da vicino il modo in cui gli organismi viventi "vedono" i colori.

La biomimetica non è stata un caso. Il fotorilevatore a colori è il risultato di un programma di ricerca da 6 milioni di dollari finanziato dall'Office of Naval Research che mirava a imitare la pelle dei cefalopodi utilizzando "metamateriali, " composti che offuscano il confine tra materiale e macchina.

Cefalopodi come polpi e calamari sono maestri di mimetizzazione, ma sono anche daltonici. Halas ha detto che il team di ricerca "pelle di calamaro", che include i biologi marini Roger Hanlon del Marine Biological Laboratory di Woods Hole, Messa., e Thomas Cronin dell'Università del Maryland, Contea di Baltimora, sospetto che i cefalopodi possano rilevare il colore direttamente attraverso la loro pelle.

Sulla base di tale ipotesi, Lo studente laureato LANP Bob Zheng, l'autore principale del nuovo studio Advanced Materials, deciso di progettare un sistema fotonico in grado di rilevare la luce colorata.

"Bob ha creato un rilevatore biomimetico che emula ciò che stiamo ipotizzando che la pelle del calamaro 'veda, '", ha detto Halas. "Questo è un ottimo esempio della serendipità che può verificarsi in laboratorio. Nella ricerca di una risposta a una domanda di ricerca specifica, Bob ha creato un dispositivo molto più pratico e generalmente applicabile".

Il fotorilevatore a colori di Zheng utilizza una combinazione di ingegneria della banda e reticoli plasmonici, strutture in alluminio a pettine con file di feritoie parallele. Utilizzando l'evaporazione a fascio di elettroni, che è una tecnica comune nell'elaborazione CMOS, Zheng ha depositato un sottile strato di alluminio su un fotorilevatore al silicio ricoperto da un rivestimento di ossido ultrasottile.

La selezione del colore viene eseguita utilizzando effetti di interferenza tra il reticolo plasmonico e la superficie del fotorilevatore. Regolando attentamente lo spessore dell'ossido e la larghezza e la spaziatura delle fenditure, Zheng è stato in grado di dirigere preferenzialmente diversi colori nel fotorilevatore al silicio o rifletterlo nello spazio libero.

Le nanostrutture metalliche utilizzano plasmoni di superficie, onde di elettroni che scorrono come un fluido attraverso le superfici metalliche. La luce di una specifica lunghezza d'onda può eccitare un plasmone, e i ricercatori LANP spesso creano dispositivi in ​​cui interagiscono i plasmoni, a volte con effetti drammatici.

"Con reticoli plasmonici, non solo ottieni la sintonizzabilità del colore, puoi anche migliorare i campi vicini, " Zheng ha detto. "L'interazione del campo vicino aumenta la sezione d'urto di assorbimento, il che significa che il reticolo funge da lente a sé stante. Ottieni questo incanalare la luce in un'area concentrata.

"Non stiamo solo usando il fotorilevatore come amplificatore, stiamo anche usando il filtro colore plasmonico come un modo per aumentare la quantità di luce che entra nel rivelatore, " Egli ha detto.