I en nyligen publicerad publikation i tidskriften Advanced Materials , presenterar ett team av fysiker och kemister från TU Dresden en organisk tunnfilmssensor som beskriver ett helt nytt sätt att identifiera ljusets våglängd och uppnår en spektral upplösning under en nanometer. Som integrerade komponenter kan tunnfilmssensorerna eliminera behovet av externa spektrometrar i framtiden. En patentansökan har redan lämnats in för den nya teknologin.

Spektroskopi omfattar en grupp experimentella metoder som bryter ner strålning enligt en specifik egenskap, såsom våglängd eller massa. Det anses vara en av de viktigaste analysmetoderna inom forskning och industri. Spektrometrar kan bestämma färger (våglängder) på ljuskällor och används som sensorer i olika applikationer, såsom medicin, teknik, livsmedelsindustri och många fler. Kommersiellt tillgängliga instrument är vanligtvis relativt stora och mycket dyra. De är mestadels baserade på principen om prismat eller gittret:ljuset bryts och våglängden tilldelas enligt brytningsvinkeln.

Vid Institute for Applied Physics (IAP) och Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) vid TU Dresden har sådana sensorkomponenter baserade på organiska halvledare forskats i åratal. Med avknoppningarna Senorics och PRUUVE har två teknologier redan utvecklats mot marknadsmognad. Nu har forskare vid IAP och IAPP, i samarbete med Institute of Physical Chemistry, utvecklat en tunnfilmssensor som beskriver ett helt nytt sätt att identifiera ljusets våglängd och som på grund av sin ringa storlek och kostnad har klara fördelar över kommersiellt tillgängliga spektrometrar.

Funktionsprincipen för de nya sensorerna är som följer:Ljus med okänd våglängd exciterar självlysande material i en hårtunn film. Filmen består av en blandning av långlysande (fosforescerande) och kortlysande (fluorescerande) enheter, som absorberar ljuset som undersöks på olika sätt. Intensiteten på efterglödningen kan användas för att härleda våglängden för det okända ingångsljuset.

"Vi utnyttjar den grundläggande fysiken hos exciterade tillstånd i självlysande material", förklarar Anton Kirch, doktorand vid IAP. "Ljus med olika våglängder exciterar i ett sådant system, när det är korrekt sammansatt, vissa proportioner av långlivade triplett- och kortlivade singlettspintillstånd. Och vi vänder på det beroendet. Genom att identifiera spinnfraktionerna med hjälp av en fotodetektor kan vi identifiera ljusvåglängder ."

"Den stora styrkan i vår forskningsallians här i Dresden är våra partners", säger prof. Sebastian Reineke, som koordinerade projektet. "Tillsammans med grupperna av prof. Alexander Eychmüller från fysikalisk kemi och Karl Leo, professor i optoelektronik, kan vi själva utföra alla tillverknings- och analyssteg, från och med materialsyntes och filmbearbetning och slutar med tillverkningen av den organiska detektorn. "

Dr Johannes Benduhn är gruppledare för organiska sensorer och solceller vid IAP:"Jag var ärligt talat mycket imponerad av att en enkel fotoaktiv film kombinerad med en fotodetektor kan bilda en sådan högupplöst enhet."

Med hjälp av denna strategi har forskarna uppnått subnanometer spektral upplösning och har framgångsrikt spårat mindre våglängdsförändringar av ljuskällor. Förutom att karakterisera ljuskällor kan de nya sensorerna även användas i förfalskningsskydd. "De små och billiga sensorerna skulle till exempel kunna användas för att snabbt och tillförlitligt kontrollera sedlar eller dokument för vissa säkerhetsdetaljer och på så sätt fastställa deras äkthet, utan behov av dyr laboratorieteknik", förklarar Anton Kirch. + Utforska vidare

OPD optiska sensorer som återger vilken färg som helst