Optisk avkänning i mitten till lång infraröd (5 mikron [um]) blir av yttersta vikt inom olika områden eftersom det visar sig vara ett utmärkt verktyg för miljöövervakning, gasavkänning, värmeavbildning såväl som kontroll av livsmedelskvalitet eller applikationerna inom läkemedelsindustrin, för att nämna några. Mängden information som är gömd i detta mycket rika spektralfönster öppnar nya möjligheter för multi- eller till och med hyperspektral avbildning. Även om det finns teknologier som kan hantera dessa utmaningar, de är mycket komplexa och dyra. Även om det finns ett starkt marknadsbehov av att föra ut sådana funktioner till konsumentmarknaden, detta skulle kräva en teknik som är låg kostnad, CMOS-kompatibel och medför inga allvarliga regulatoriska problem.

PbS Colloidal Quantum Dots (CQDs) har dykt upp som en kostnadskonkurrenskraftig och högpresterande fotodetektorteknologi, kompatibel med CMOS-teknik, som nyligen har visat sig vara framgångsrik i det kortvågiga infraröda (1-2 um) området. Dock, än så länge, det har funnits en grundläggande gräns:sådana kvantpunkter har förlitat sig på interbandsabsorption av ljus (fotoner exciterar bärare över materialets bandgap) och som ett resultat finns det en lägre energigräns som denna teknologi kan använda:materialets bandgap.

I en studie som nyligen publicerades i Nanobokstäver , ICFO-forskare Iñigo Ramiro, Onur Ozdemir, Sotirios Christodoulou, Shuchi Gupta, Mariona Dalmases, Iacopo Torre, leds av ICREA Prof. vid ICFO Gerasimos Konstantatos, rapportera nu utvecklingen av en kolloidal kvantpunktsfotodetektor som kan detektera ljus i det långa infraröda området, från 5 um - 10 um (mikron), använder PbS CQD:er som, för första gången, är gjorda av kvicksilverfritt material.

I deras experiment, forskarna använde en teknik för att elektroniskt dopa kvantprickarna robust och permanent. Denna tunga dopningsmetod gjorde det möjligt för dem att möjliggöra en ny regim för övergångar av elektroner:istället för att förlita sig på övergångar över materialets bandgap, de hittade ett sätt att underlätta övergångar mellan högre upphetsade tillstånd, känd som intersubband (eller intraband) övergångar. Genom att uppnå detta, de kunde excitera elektroner genom att absorbera fotoner med fotonenergier mycket lägre än tidigare i mellan- och långvågsinfrarödområdet. De visade också att spektraltäckningen för sådana detektorer kan ställas in genom att ändra storleken på prickarna, det är, ju större kvantprickar, desto högre absorption i det infraröda.

Resultaten av denna studie visar en ny och unik materialplattform, baserat på kraftigt dopade PbS CQDs som täcker ett brett ljusområde, som skulle kunna ta itu med och lösa de utmaningar som området för fotodetektorteknologier står inför nuförtiden. Denna nyupptäckta egenskap med ljusabsorption i det långa infraröda området tillsammans med en låg kostnad och mognad CQD-teknik kan åstadkomma en revolution till extremt bredband såväl som multispektrala CMOS-kompatibla fotodetektorer.