Uma equipe de pesquisadores construiu um sensor inteligente – do tamanho de cerca de 1/1000 da seção transversal de um cabelo humano – que pode detectar simultaneamente a intensidade, a polarização e o comprimento de onda da luz, explorando as propriedades quânticas dos elétrons. É um avanço que pode ajudar a avançar nos campos da astronomia, saúde e sensoriamento remoto.
Liderados por Fengnian Xia, o Professor Associado Barton L. Weller em Engenharia e Ciência em Yale e Fan Zhang, Professor Associado de Física na Universidade do Texas em Dallas, os resultados são publicados na Nature .

Pesquisadores aprenderam nos últimos anos que torcer certos materiais em ângulos específicos pode formar o que é conhecido como "materiais moiré", que provocam propriedades anteriormente desconhecidas. Nesse caso, a equipe de pesquisa usou grafeno de dupla camada torcida (TDBG) – ou seja, duas camadas atômicas de átomos de carbono empilhados naturais com uma leve torção rotacional – para construir seu dispositivo de detecção. Isso é crítico porque a torção reduz a simetria do cristal, e materiais com estruturas atômicas menos simétricas – em muitos casos – prometem algumas propriedades físicas intrigantes que não são encontradas naqueles com maior simetria.

Com este dispositivo, os pesquisadores conseguiram detectar uma forte presença do que é conhecido como efeito fotovoltaico em massa (BPVE), um processo que converte luz em eletricidade, dando uma resposta fortemente dependente da intensidade da luz, polarização e comprimento de onda. Os pesquisadores descobriram que o BPVE no TDBG pode ainda ser ajustado por meios elétricos externos, o que lhes permitiu criar "impressões digitais 2D" das fotovoltagens para cada luz incidente diferente.

Shaofan Yuan, estudante de pós-graduação no laboratório de Xia e co-autor principal do estudo, teve a ideia de aplicar uma rede neural convolucional (CNN), um tipo de rede neural artificial usada anteriormente para reconhecimento de imagens, para decifrar essas impressões digitais. A partir daí, eles conseguiram demonstrar um fotodetector inteligente.

Seu pequeno tamanho o torna potencialmente valioso para aplicações como exploração do espaço profundo, testes médicos in-situ e sensoriamento remoto em veículos autônomos ou aeronaves. Além disso, seu trabalho revela um novo caminho para a investigação de óptica não linear baseada em materiais moiré.

“Idealmente, um único dispositivo inteligente pode substituir vários elementos ópticos volumosos, complexos e caros que são usados ​​para capturar as informações de luz, economizando espaço e custo drasticamente”, disse Chao Ma, estudante de pós-graduação no laboratório de Xia e co-autor principal. do estudo. + Explorar mais

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