p O poder aprimorado da nova técnica de medição para caracterizar materiais em escalas muito menores do que quaisquer tecnologias atuais irá acelerar a descoberta e investigação de 2-D, materiais em micro e nanoescala. p Ser capaz de medir com precisão as propriedades semicondutoras de materiais em pequenos volumes ajuda os engenheiros a determinar a gama de aplicações para as quais esses materiais podem ser adequados no futuro, particularmente porque o tamanho dos dispositivos eletrônicos e ópticos continua a diminuir.

p Daniel Wasserman, professor associado do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Cockrell School of Engineering, liderou a equipe que construiu o sistema físico, desenvolveu a técnica de medição capaz de atingir esse nível de sensibilidade e demonstrou com sucesso seu desempenho aprimorado. Seu trabalho foi relatado hoje em Nature Communications .

p A abordagem de design da equipe foi focada no desenvolvimento da capacidade de fornecer feedback quantitativo sobre a qualidade do material, com aplicações específicas para o desenvolvimento e fabricação de dispositivos optoeletrônicos. O método demonstrado é capaz de medir muitos dos materiais que os engenheiros acreditam que um dia serão onipresentes para dispositivos optoeletrônicos de próxima geração.

p Optoeletrônica é o estudo e aplicação de dispositivos eletrônicos que podem fornecer, detectar e controlar a luz. Dispositivos optoeletrônicos que detectam luz, conhecidos como fotodetectores, use materiais que geram sinais elétricos de luz. Fotodetectores são encontrados em câmeras de smartphones, células solares e nos sistemas de comunicação de fibra óptica que compõem nossas redes de banda larga. Em um material optoeletrônico, a quantidade de tempo que os elétrons permanecem "fotoexcitados, "ou capaz de produzir um sinal elétrico, é um indicador confiável da qualidade potencial desse material para aplicações de fotodetecção.

p O método atual usado para medir a dinâmica da portadora, ou vidas, de elétrons fotoexcitados é caro e complexo e mede apenas amostras de materiais em grande escala com precisão limitada. A equipe UT decidiu tentar usar um método diferente para quantificar essas vidas, colocando pequenos volumes dos materiais em circuitos ressonadores de micro-ondas especialmente projetados. As amostras são expostas a campos de micro-ondas concentrados enquanto dentro do ressonador. Quando a amostra é atingida pela luz, o sinal do circuito de microondas muda, e a mudança no circuito pode ser lida em um osciloscópio padrão. A decadência do sinal de microondas indica o tempo de vida dos portadores de carga fotoexcitados em pequenos volumes do material colocado no circuito.

p "Medir a decadência do sinal elétrico (micro-ondas) nos permite medir a vida útil do transportador dos materiais com muito mais precisão, "Wasserman disse." Descobrimos que é mais simples, método mais barato e eficaz do que as abordagens atuais. "

p A vida útil do portador é um parâmetro de material crítico que fornece uma visão geral da qualidade óptica geral de um material, ao mesmo tempo que determina a gama de aplicações para as quais um material pode ser usado quando integrado a uma estrutura de dispositivo fotodetector. Por exemplo, materiais que têm uma vida útil de portador muito longa podem ser de alta qualidade óptica e, portanto, muito sensíveis, mas pode não ser útil para aplicativos que requerem alta velocidade.

p "Apesar da importância da vida útil do portador, não há muitos, caso existam, opções sem contato para caracterizar materiais de área pequena, como pixels infravermelhos ou materiais 2-D, que ganharam popularidade e importância tecnológica nos últimos anos, "Wasserman disse.

p Uma área que certamente se beneficiará com as aplicações do mundo real desta tecnologia é a detecção de infravermelho, um componente vital no sensoriamento molecular, imagem térmica e certos sistemas de defesa e segurança.

p "Uma melhor compreensão dos materiais infravermelhos pode levar a inovações em óculos de visão noturna ou espectroscopia infravermelha e sistemas de detecção, "Wasserman disse.

p Detectores de alta velocidade operando nessas frequências podem até permitir o desenvolvimento de comunicação em espaço livre no infravermelho de longo comprimento de onda - uma tecnologia que permite a comunicação sem fio em condições difíceis, no espaço ou entre edifícios em ambientes urbanos.