p Os pesquisadores da Northwestern University desenvolveram uma nova abordagem para o projeto de dispositivos quânticos que produziu o primeiro fotodetector infravermelho de comprimento de onda longo (LWIR) baseado em ganho usando engenharia de estrutura de banda baseada em um material de superrede tipo II. p Este novo design, que demonstrou fotodetecção LWIR melhorada durante o teste, poderia levar a novos níveis de sensibilidade para fotodetectores LWIR de próxima geração e imageadores de matriz de plano focal. O trabalho pode ter aplicações em ciências da terra e astronomia, sensoriamento remoto, visão noturna, comunicação óptica, e imagens térmicas e médicas.

p "Nosso projeto pode ajudar a atender a demanda urgente por fotodetectores ultra-sensíveis, "disse Manijeh Razeghi, Walter P. Murphy Professor de Engenharia Elétrica e de Computação, quem conduziu o estudo. "A arquitetura usa um material de superrede tipo II exclusivo que otimiza os fotodetectores LWIR para funcionarem com baixa potência, maior ganho óptico, e excelente estabilidade. "

p Embora os avanços recentes em materiais e dispositivos semicondutores tenham levado a um progresso notável no desenvolvimento de fotodetectores que podem capturar comprimentos de onda LWIR, a tecnologia de detecção LWIR de última geração ainda apresenta deficiências. Muitos fotodetectores dependem do telureto de mercúrio e cádio como semicondutor, um material que pode atingir excelente sensibilidade e velocidade, mas também produz baixo ganho de fotocorrente e excesso de ruído espectral.

p Razeghi, que dirige o Center for Quantum Devices (CQD) da Northwestern, projetou o fotodetector usando uma superrede tipo II, um sistema de material conhecido por sua excelente uniformidade de crescimento e excepcional engenharia de estrutura de banda - a capacidade de controlar o gap em um material, o espaço onde nenhuma carga de elétron está presente. Isso o tornou um semicondutor alternativo ideal ao telureto de cádmio e mercúrio para um sistema LWIR. Sua equipe, então, aplicou o novo material a uma estrutura de dispositivo fototransistor de heterojunção, um sistema de detecção conhecido por sua alta estabilidade, mas um anteriormente limitado à detecção de ondas curtas e infravermelho próximo.

p Durante o teste, a superrede tipo II permitiu que cada parte do fotodetector fosse cuidadosamente ajustada para usar o fototransistor para atingir alto ganho óptico, barulho baixo, e alta detectividade.

p "A flexibilidade demonstrada do material permite uma meticulosa engenharia de estrutura de banda baseada na mecânica quântica para o projeto de heteroestrutura, tornando-o um candidato versátil para ultrapassar os limites da detecção de infravermelho, "Razeghi disse.

p A pesquisa se baseia na longa história de trabalho do CQD, desenvolvendo e entendendo a física dos dispositivos semicondutores quânticos para novas aplicações, desde militares e ciências da terra até sistemas médicos. Esta nova estrutura quântica artificial abre a porta para fotodetectores de alto ganho de próxima geração com potencial para aplicações de alta velocidade com recursos de detecção ultrassensível para detecção de fóton único.

p Um artigo descrevendo o trabalho, intitulado "Fotodetector LWIR de alto ganho projetado com estrutura de banda baseado em uma superrede tipo II, "foi publicado em 14 de janeiro na revista Luz:Ciência e Aplicações.