Använda mattor av inriktade kolnanorör, forskare från Rice University och Sandia National Laboratories har skapat en solid-state elektronisk enhet som är fast för att detektera polariserat ljus över ett brett spektrum av det synliga och infraröda spektrumet.

Forskningen är tillgänglig online från American Chemical Societys tidskrift ACS Nano .

"Att upptäcka polariserat ljus är extremt användbart, " sa Rice's Junichiro Kono, professor i elektro- och datateknik samt i fysik och astronomi. "Många djur och insekter kan se polariserat ljus och använda det för navigering, kommunikation och mer. Människor kan inte se polariserat ljus, så vi litar på enheter för att göra det åt oss."

De flesta enheter kan inte upptäcka polariserat ljus direkt. Istället, ingenjörer placerar ett galler eller filter framför detektorn.

"Vår fotodetektor urskiljer polariserat ljus i sig, ungefär som fotoreceptorerna i ögonen på djur och insekter som ser polariserat ljus, " sa François Léonard på Sandia National Laboratories, en av de ledande forskarna i studien.

Polariserat ljus består av individuella elektromagnetiska vågor som svänger parallellt med varandra. Effekten skapas när ljus reflekteras från ett transparent material, det är därför polariserade solglasögon minskar bländningen från vatten, glas och andra ytor. Astronomer använder polariserat ljus på ett antal sätt, och det finns ett antal tillämpningar för polarimetri inom kommunikation och militär.

Rices nya fotodetektor är den senaste utvecklingen från ett samarbete mellan Rice och Sandia under Sandias National Institute for Nano Engineering-program, som finansieras av Department of Energy. I februari, Kono, Léonard och kollegor beskrev en ny metod för att tillverka fotodetektorer från mattor av kolnanorör - långa, smala rör av rent kol som är ungefär lika breda som en DNA-sträng.

Nanorörsmattorna som används i fotodetektorerna odlas i riskemisten Robert Hauges labb, som banade väg för en process för att odla tätt packade nanorör på plana ytor. Xiaowei He, en doktorand i Konos grupp, hittat ett sätt att använda teflonfilm för att platta till dessa tätt packade nanorör så att de är inriktade i samma riktning. Varje matta innehåller dussintals varianter av nanorör, och ungefär två tredjedelar av varianterna är halvledare. Eftersom var och en av de halvledande varianterna interagerar med en specifik ljusvåglängd, Konos team kunde i sitt tidigare arbete visa att det tillplattade, anpassade mattor av nanorör skulle kunna fungera som fotodetektorer med ett brett spektrum.

I den ACS Nano studie, huvudförfattare Han använde kemikalier som kallas "dopanter" för att förändra de elektriska egenskaperna hos nanorörsmattorna. Han skapade två typer av mattor, en med positivt laddade bärare (p-typ) och en annan med negativt laddade bärare (n-typ). Genom att överlappa delar av dessa två, Han och kollegor skapade en enhet som kallas en p-n-övergång, som är en grundläggande byggsten för mikroelektronik.

"Vårt arbete ger en ny väg för realisering av polarisationskänsliga fotodetektorer som kan aktiveras på flexibla eller icke-plana ytor, " Han sa.