Utnyttja mörkret för praktisk användning, forskare vid National Institute of Standards and Technology har utvecklat en laserkraftdetektor belagd med världens mörkaste material - en skog av kolnanorör som nästan inte reflekterar ljus över det synliga och en del av det infraröda spektrumet.

NIST kommer att använda den nya ultramörka detektorn, beskrivs i en ny tidning i Nanobokstäver , * att göra precisionsmätningar av lasereffekt för avancerad teknik som optisk kommunikation, laserbaserad tillverkning, omvandling av solenergi, och industriella och satellitburna sensorer.

Inspirerad av en artikel från 2008 av Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) om "det mörkaste konstgjorda materialet någonsin, "** NIST-teamet använde en gles uppsättning fina nanorör som beläggning för en termisk detektor, en enhet som används för att mäta lasereffekt. En medförfattare vid Stony Brook University i New York odlade nanorörsbeläggningen. Beläggningen absorberar laserljus och omvandlar det till värme, som är registrerat i pyroelektriskt material (litiumtantalat i detta fall). Temperaturstegringen genererar en ström, som mäts för att bestämma laserns effekt. Ju svartare beläggning, desto mer effektivt absorberar den ljus istället för att reflektera det, och desto mer exakta måtten.

Den nya NIST-detektorn reflekterar likformigt mindre än 0,1 procent av ljuset vid våglängder från djupviolett vid 400 nanometer (nm) till nära infrarött vid 4 mikrometer (μm) och mindre än 1 procent av ljuset i det infraröda spektrumet från 4 till 14 μm. Resultaten liknar de som rapporterats för RPI-materialet och i en uppsats från 2009 av en japansk grupp. NIST-arbetet är unikt genom att nanorören odlades på pyroelektriskt material, medan de andra grupperna odlade dem på kisel. NIST-forskare planerar att utöka det kalibrerade driftområdet för sin enhet till 50 eller till och med 100 mikrometers våglängder, för att kanske ge en standard för terahertzstrålningseffekt.

NIST gjorde tidigare detektorbeläggningar av en mängd olika material, inklusive platta nanorörsmattor. Den nya beläggningen är en vertikal skog av flerväggiga nanorör, var och en mindre än 10 nanometer i diameter och cirka 160 mikrometer lång. De djupa fördjupningarna kan hjälpa till att fånga ljus, och det slumpmässiga mönstret sprider allt reflekterat ljus i olika riktningar. Att mäta hur mycket ljus som reflekterades över ett brett spektrum var tekniskt krävande; NIST-teamet tillbringade hundratals timmar med att använda fem olika metoder för att mäta den försvinnande låga reflektansen med tillräcklig precision. Tre av de fem metoderna involverade jämförelser av den nanorörsbelagda detektorn med en kalibrerad standard.

Kolnanorör erbjuder idealiska egenskaper för termiska detektorbeläggningar, delvis för att de är effektiva värmeledare. Nickelfosfor, till exempel, reflekterar mindre ljus vid vissa våglängder, men leder inte värme lika bra. De nya kolnanorörsmaterialen är också mörkare än NISTs olika standardreferensmaterial för svart färg som utvecklades för flera år sedan för att kalibrera instrument.