Dispozitivul cu polaritoni 2D si detectie electrica, un avans important in nanofotonica moderna

author
3 minutes, 57 seconds Read

Stiinta nu sta pe loc deloc si continua sa avanseze, sa devina si mai interesanta si mai cautata in viata de zi cu zi. Un domeniu in care s-au facut niste “salturi” uriase in ultimii ani e si nanofotonica. Polaritonii si particularitatile lor, utilizarea lor se remarca dintre toate noutatile aparute in acest domeniu, iar dispozitivele cu polaritoni 2D si detectie electrica sunt vedetele perioadei urmatoare.

Nanofotonica studiaza interactiunile lumina/radiatie-materie la nivel nano, incluzand discipline precum optica, inginerie optica, inginerie electrica, nanotehnologie. Toate interactiunile apar la dimensiuni mai mici decat lungimile de unda ale luminii, intre 1-100 nm, aparand proprietati optice unice pe care nu le-am vedea la alte dimensiuni. Deci totul se petrece dincolo de limitele de difractie ale luminii, oferind un camp fertil de studiu si observare pentru tehnologia de afisare, detectie optica, optica neliniara, transmisie de date.

Oamenii de stiinta si specialistii in nanofotonica se concentreaza pe interactiunile luminii cu nanostructuri, nanoparticule metalice, nanotuburi carbon, cristale fotonice, tesuturi organice, ADN, de exemplu. Ideea este sa se dezvolte dispozitive nanofotonice pentru controlul cat mai eficient al luminii.

Caracteristicile luminii puteau fi deja controlate cand a aparut nanofotonica. Aici discutam despre amplitudine, despre faza, polarizare, localizare, cu o dezvoltare fara precedent a optoelectronicii, comunicatiei optice, stocarii energiei solare. In ultimii 20 de ani se discuta despre nanofotonica odata cu dezvoltarea accelerata nanomaterialelor semiconductoare, dielectrice, noilor metale. Combinate cu machine learning, simulari, instrumente de calcul se pot asambla in toate dimensiunile cu precizie aproape atomica. Eficienta costurilor de exploatare va fi una foarte buna odata ce se incepe productia de dispozitive ce au semiconductori.

Tehnologia celulelor solare de pe panourile solare, nanolasere, stocarea datelor, fotodetectoare, circuite integrate, tehnologia pentru metalentile, fotonica medicala, calculul optic si procesare rapida a informatiei fara consum mare de energie, metasuprafete, cristalele fotonice, nanoantenele, ghidarea undelor, biosenzori, controlul si definirea unei forme si proprietatilor luminii, toate ar putea fi aplicatii ale nanofotonicii moderne.

Recent un nou dispozitiv cu polaritoni 2D si sistem de detectie electrica unic a fost prezentat, oferind acoperire spectrala superioara si claritate mai mare pentru semnal. E vorba despre o platforma miniaturizata care ar putea transforma aplicatii pentru perceptie si imagistica prin imbunatatirea capacitatilor de detectie si de limitare a luminii.

Si daca va intrebati ce sunt acesti polaritoni, trebuie sa stiti ca e vorba despre niste cvasiparticule mixte create cand undele electromagnetice ajung sa se uneasca cu particule incarcate sau cu vibratii din interiorul structurii atomice a materialelor. In nanofotonica acesti polaritoni sunt foarte importanti pentru ca poti limita lumina in spatii foarte mici, ajungandu-se la un volum extrem de mic, nano, crucial pentru interactiuni eficiente lumina-materie. Materialele 2D sunt eficiente pentru crearea polaritonilor, nu mai exista pierderi de energie.

Specialistii in nanofotonica au folosit structuri nano denumite nanoresonatori ca sa imbunatateasca eficienta si proprietatile polaritonilor. Cand lumina ajunge sa interactioneze cu uhn nanorezonator polaritonii se agita si oscileaza, rezoneaza la frecvente specifice, definite de materialul si geometria nanorezonatorului. Controlul luminii e precis la scara nano, manevrarea luminii fiind mult mai simpla.

Masuratorile optice pentru polaritoni si proprietatile lor au devenit o alegere comuna, insa detectorii necesita si echipamente externe. De aici si limitarile miniaturizarii sistemelor de detectie si claritatii semnalelor obtinute in timpul masuratorilor.

Cercetatorii de la mai multe universitati, de la ICFO, Universitatea Ioannina, Universidade do Mihno, International Iberian Nanotechnology Laboratory; Kansas State University; the National Institute for Materials Science, International Iberian Nanotechnology Laboratory, Universitatea Kansas, POLIMA (University of Southern Denmark), URCI au demonstrat integrarea polaritonilor 2D cu sistemele de detectie in aceleasi materiale 2D.

Dispozitivul integrat permite pentru prima data detectia electrica spectrala a unor nanorezonatori polaritonici 2D, un pas foarte important spre miniturizarea dispozitivelor.

Echipa de cercetatori a aplicat spectroscopia electrica pe trei straturi ale unor materiale 2D, un strat hBN a fost amplasat deasupra grafenului, care a fost la randul sau pus peste alt strat hBN. Intervalul spectral acoperit este semnificativ mai larg, echipamentele necesare sunt mai mici, masuratorile au rapoarte semnal-zgomot mai mari.

Platforma electro-polaritonica reprezinta un pas urias inainte in nanofotonica. Pe de o parte, ar putea fi folosita in loc de detector extern pentru spectroscopie, un singur dispozitiv va fi si un fotodetector, si o platforma polaritonica, sistemele se vor miniaturiza mai usor. Daca, in general, o limitare mai mare a luminii este daunatoare calitatii (de exemplu, scurtarea duratelor de captare a luminii), dispozitivul integrat depaseste cu succes aceasta limitare. S-a ajuns la o limitare optica laterala si factori de înaltă calitate de până la 200, remarcandu-se nivelul exceptional de izolare si calitate a grafenului, cu imbunatatirea eficientei fotodetectiei.

Noua abordare a spectroscopiei electrice permite sondarea polaritonilor 2D extrem de mici (cu dimensiuni laterale de aproximativ 30 de nanometri). O aplicatie imediata a noii tehnologii dezvoltate ar fi si detectarea electrica pe cip a moleculelor si gazelor.

Articole recomandate

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *