Il rilevamento ottico nel medio e lungo infrarosso (5 micron [um]) sta diventando di fondamentale importanza in diversi campi poiché si sta rivelando un ottimo strumento per il monitoraggio ambientale, rilevamento del gas, l'imaging termico e il controllo della qualità degli alimenti o le applicazioni nell'industria farmaceutica, per dirne alcuni. La quantità di informazioni nascoste all'interno di questa finestra spettrale molto ricca apre nuove possibilità per l'imaging multispettrale o addirittura iperspettrale. Anche se esistono tecnologie in grado di affrontare queste sfide, sono molto complessi e costosi. Sebbene vi sia una forte esigenza del mercato di portare tali funzionalità al mercato dei consumatori, ciò richiederebbe una tecnologia a basso costo, CMOS compatibile e non impone gravi problemi normativi.

I PbS Colloidal Quantum Dots (CQD) sono emersi come una tecnologia di fotorilevatore economicamente competitiva e ad alte prestazioni, compatibile con la tecnologia CMOS, che è stato recentemente dimostrato di avere successo nella gamma dell'infrarosso a onde corte (1-2 um). Però, finora, c'è stato un limite fondamentale:tali punti quantici si sono basati sull'assorbimento interbanda della luce (i fotoni eccitano il vettore attraverso il bandgap del materiale) e di conseguenza c'è un limite energetico inferiore che questa tecnologia può operare:il bandgap del materiale.

In uno studio recentemente pubblicato su Nano lettere , I ricercatori dell'ICFO Iñigo Ramiro, Onur Ozdemir, Sotirios Christodoulou, Shuchi Gupta, Mariona Dalmases, Iacopo Torre, guidato dal Prof. ICREA presso ICFO Gerasimos Konstantatos, ora riportano lo sviluppo di un fotorivelatore colloidale a punti quantici in grado di rilevare la luce nel lungo raggio dell'infrarosso, da 5 um - 10 um (micron), utilizzando CQD PbS che, per la prima volta, sono realizzati con materiale privo di mercurio.

Nel loro esperimento, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica per drogare elettronicamente i punti quantici in modo robusto e permanente. Questo approccio al drogaggio pesante ha permesso loro di abilitare un nuovo regime per le transizioni degli elettroni:invece di fare affidamento sulle transizioni attraverso il bandgap del materiale, hanno trovato un modo per facilitare le transizioni tra stati eccitati superiori, note come transizioni intersottobanda (o intrabanda). Raggiungendo questo, sono stati in grado di eccitare gli elettroni assorbendo fotoni con energie fotoniche molto inferiori rispetto a prima nella gamma dell'infrarosso a onde medie e lunghe. Hanno anche dimostrato che la copertura spettrale di tali rivelatori può essere sintonizzata modificando la dimensione dei punti, questo è, più grandi sono i punti quantici, maggiore è l'assorbimento nell'infrarosso.

I risultati di questo studio mostrano una piattaforma materiale nuova e unica, basati su CQD PbS fortemente drogati che coprono un'ampia gamma di luce, che potrebbe affrontare e risolvere le sfide che il campo delle tecnologie dei fotorivelatori sta affrontando al giorno d'oggi. Questa proprietà recentemente scoperta dell'assorbimento della luce nel lungo raggio dell'infrarosso, insieme a una tecnologia CQD a basso costo e in fase di maturazione, può portare a una rivoluzione nella banda larga estrema e nei fotorivelatori compatibili con CMOS multispettrali.