En mikroskopbild av ljussensorn visar den maximala fotoströmmen när den härrör från gapet mellan Etch A Sketch nanotrådarna (i svart). Pitt-forskarna är de första att skapa ett fast tillstånd, oxid nanoelektronisk enhet som kombinerar elektriska och optiska funktioner på en plattform.
(PhysOrg.com) -- Forskare vid University of Pittsburgh har skapat en ljussensor i nanoskala som kan kombineras med elektroniska kretsar i nästan atomär storlek för att producera hybridoptiska och elektroniska enheter med ny funktionalitet. Laget, som också involverade forskare från University of Wisconsin i Madison, rapporterar i Naturfotonik att utvecklingen övervinner en av nanoteknologins mest skrämmande utmaningar.
Gruppen, ledd av Jeremy Levy, professor i fysik och astronomi vid Pitts School of Arts and Sciences, skapade en fotonisk enhet mindre än 4 nanometer bred, möjliggör fotonisk interaktion på begäran med objekt så små som enstaka molekyler eller kvantprickar. I en annan första, den lilla enheten kan justeras elektriskt för att ändra dess känslighet för olika färger i det synliga spektrumet, vilket kan avstå från behovet av separata ljusfilter som andra sensorer vanligtvis kräver. Levy arbetade med Pitts postdoktor och huvudförfattare Patrick Irvin, postdoktorer Daniela Bogorin och Cheng Cen, och Pitt doktorand Yanjun Ma. En del av teamet var också forskare från University of Wisconsin-Madison Chang-Beom Eom, professor i materialvetenskap och teknik, och forskningsmedarbetarna Chung Wung Bark och Chad Folkman.
Forskarna producerade de fotoniska enheterna via en omskrivbar nanoelektronisk plattform som utvecklats i Levys laboratorium som fungerar som en mikroskopisk Etch A Sketch, ritleksaken som från början inspirerade honom. Hans teknik, rapporterades först i Naturmaterial i mars 2008, är en metod för att växla en oxidkristall mellan isolerande och ledande tillstånd. Att applicera en positiv spänning på den skarpa ledande sonden i ett atomkraftmikroskop skapar ledande ledningar som bara är några nanometer breda vid gränssnittet mellan två isolatorer-ett 1,2 nanometer tjockt lager av lantanaluminat som odlas på ett strontiumtitanatsubstrat. De ledande nanotrådarna kan sedan raderas med omvänd spänning, gör gränssnittet till en isolator igen.
I februari 2009, Levy rapporterade i Science att hans plattform kunde användas för att skulptera en minnesenhet med hög densitet och en transistor som kallas "SketchFET" med funktioner på bara två nanometer.
I detta senaste arbete, Levy och hans kollegor visade en robust metod för att införliva ljuskänslighet i dessa elektroniska kretsar, använda samma teknik och material. Fotoniska enheter genererar, guide, eller detektera ljusvågor för en mängd olika applikationer, sa Levy. Ljus är anmärkningsvärt känsligt för egenskaperna hos föremål i nanoskala som enstaka molekyler eller kvantprickar, men integrationen av halvledarnanotrådar och fotoniska nanorörsenheter med andra elektroniska kretselement har alltid varit en utmaning.
"Dessa resultat kan möjliggöra nya möjligheter för enheter som kan känna av optiska egenskaper i nanoskala och leverera denna information i elektronisk form, "Sa Levy.
