Forskare vid Rice University och Sandia National Laboratories har gjort en nanorörsbaserad fotodetektor som samlar ljus i och bortom synliga våglängder. Det lovar att möjliggöra en unik uppsättning optoelektroniska enheter, solceller och kanske till och med specialiserade kameror.

En traditionell kamera är en ljusdetektor som fångar ett rekord, i kemikalier, av vad den ser. Moderna digitalkameror ersatte film med halvledarbaserade detektorer.

Men risdetektorn, i fokus för en artikel som idag publicerades i onlinetidskriften Nature Vetenskapliga rapporter , är baserad på extra långa kolnanorör. Vid 300 mikrometer, nanorören är fortfarande bara cirka 100 tum långa, men varje rör är tusentals gånger längre än vad det är brett.

Det startar bredbandsdetektorn till vad Rice-fysikern Junichiro Kono anser vara en makroskopisk enhet, lätt att fästa på elektroder för testning. Nanorören odlas som en mycket tunn "matta" av riskemisten Robert Hauges labb och pressas horisontellt för att förvandla dem till ett tunt ark av hundratusentals väljusterade rör.

De är alla lika långa, Kono sa, men nanorören har olika bredd och är en blandning av ledare och halvledare, var och en är känslig för olika våglängder av ljus. "Tidigare enheter var antingen ett enda nanorör, som är känsliga för endast begränsade våglängder, " sa han. "Eller så var de slumpmässiga nätverk av nanorör som fungerade, men det var väldigt svårt att förstå varför."

"Vår enhet kombinerar de två teknikerna, sa Sébastien Nanot, en före detta postdoktor i Konos grupp och första författare till uppsatsen. "Det är enkelt i den meningen att varje nanorör är anslutet till båda elektroderna, som i experimenten med ett nanorör. Men vi har många nanorör, vilket ger oss kvaliteten på en makroskopisk enhet."

Med så många nanorör av så många typer, arrayen kan upptäcka ljus från infraröd (IR) till ultraviolett, och alla synliga våglängder däremellan. Att den kan absorbera ljus över hela spektrumet borde göra detektorn av stort intresse för solenergi, och dess IR-kapacitet kan göra den lämplig för militära bildbehandlingstillämpningar, sa Kono. "I det synliga området, det finns redan många bra detektorer, " sa han. "Men i IR, Det finns endast lågtemperaturdetektorer och de är inte lämpliga för militära ändamål. Vår detektor arbetar i rumstemperatur och behöver inte arbeta i ett speciellt vakuum."

Detektorn är också känslig för polariserat ljus och absorberar ljus som träffar den parallellt med nanorören, men inte om enheten vrids 90 grader.

Arbetet är det första framgångsrika resultatet av ett samarbete mellan Rice och Sandia under Sandias National Institute for Nano Engineering-program finansierat av Department of Energy. François Léonards grupp vid Sandia utvecklade en ny teoretisk modell som korrekt och kvantitativt förklarade alla egenskaper hos nanorörsfotodetektorn. "Att förstå de grundläggande principerna som styr dessa fotodetektorer är viktigt för att optimera deras design och prestanda, sa Léonard.

Kono förväntar sig att många fler tidningar kommer att hända från samarbetet. Den första enheten, enligt Léonard, visar bara potentialen för nanorörsfotodetektorer. De planerar att bygga nya konfigurationer som utökar deras räckvidd till terahertz och att testa deras förmåga som bildenheter. "Det finns potential här att göra verkliga och användbara enheter från denna grundläggande forskning, " sa Kono.