Создан рекордно быстрый пироэлектрический фотодетектор

Инженеры-электрики из Университета Дьюка разработали самый быстрый из когда-либо созданных пироэлектрических фотодетекторов. Устройство, работающее при комнатной температуре и не требующее внешнего питания, способно улавливать свет во всём электромагнитном спектре и генерировать электрический сигнал всего за 125 пикосекунд. Результаты опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

В отличие от традиционных полупроводниковых фотодетекторов, которые работают только с видимым светом, новая разработка использует пироэлектрический эффект — генерацию электрического сигнала при нагреве от поглощённого света. Ключевым элементом стала метаповерхность из точно расположенных серебряных нанокубиков над тонким слоем золота. Эта структура эффективно «запирает» световую энергию за счёт плазмоники.

Коммерческие пироэлектрические детекторы не очень чувствительны, поэтому им нужен очень яркий свет или очень толстые поглотители, что естественным образом делает их медленными, поскольку тепло распространяется не так быстро. Наш подход умно интегрирует почти идеальные поглотители и сверхтонкие пироэлектрики, чтобы достичь времени отклика в 125 пикосекунд, что является огромным улучшением для этой области.

Доработанная версия детектора имеет круглую форму для увеличения площади поглощения и использует более тонкие пироэлектрические слои. Измерения показали, что устройство может работать на частотах до 2,8 ГГц.

Пироэлектрические фотодетекторы обычно работают в нано- или микросекундном диапазоне, так что это в сотни или тысячи раз быстрее. Эти результаты действительно захватывающие, но мы всё ещё работаем над тем, чтобы сделать их ещё быстрее, одновременно выясняя кинетический предел пироэлектрических фотодетекторов.

В перспективе технология может привести к созданию нового поколения мультиспектральных камер для точного земледелия, диагностики рака кожи, контроля безопасности продуктов питания, а также для использования в дронах и спутниках.

ИИ: Прорыв в скорости пироэлектрических детекторов открывает путь к компактным и энергоэффективным системам мультиспектрального зрения, которые могут найти применение в самых разных областях — от медицины до космоса. Особенно впечатляет, что это достигнуто без необходимости охлаждения или мощного внешнего питания.