p Engenheiros da Caltech desenvolveram pela primeira vez um detector de luz que combina duas tecnologias distintas - nanofotônica, que manipula a luz em nanoescala, e termelétricas, que traduz as diferenças de temperatura diretamente em voltagem de elétrons - para distinguir diferentes comprimentos de onda (cores) de luz, incluindo comprimentos de onda visíveis e infravermelhos, em alta resolução. p Os detectores de luz que distinguem entre diferentes cores de luz ou calor são usados ​​em uma variedade de aplicações, incluindo satélites que estudam as mudanças na vegetação e na paisagem da Terra e imagens médicas que distinguem entre células saudáveis ​​e cancerosas com base em suas variações de cores.

p O novo detector, descrito em um artigo em Nature Nanotechnology em 22 de maio, opera cerca de 10 a 100 vezes mais rápido do que os dispositivos termoelétricos comparáveis ​​atuais e é capaz de detectar luz em uma faixa mais ampla do espectro eletromagnético do que os detectores de luz tradicionais. Em detectores de luz tradicionais, os fótons de luz que chegam são absorvidos por um semicondutor e excitam os elétrons que são capturados pelo detector. O movimento desses elétrons excitados pela luz produz uma corrente elétrica - um sinal - que pode ser medida e quantificada. Embora eficaz, este tipo de sistema torna difícil "ver" a luz infravermelha, que é feito de fótons de energia mais baixa do que os da luz visível.

p Como os novos detectores são potencialmente capazes de capturar comprimentos de onda infravermelha de luz solar e calor que não podem ser coletados de forma eficiente por materiais solares convencionais, a tecnologia pode levar a melhores células solares e dispositivos de imagem.

p "Na nanofotônica, estudamos a maneira como a luz interage com estruturas que são muito menores do que o próprio comprimento de onda óptico, o que resulta em confinamento extremo da luz. Nesse trabalho, combinamos esse atributo com as características de conversão de energia da termelétrica para permitir um novo tipo de dispositivo optoeletrônico, "diz Harry Atwater, autor correspondente do estudo. Atwater é o Professor Howard Hughes de Física Aplicada e Ciência dos Materiais na Divisão de Engenharia e Ciências Aplicadas da Caltech, e diretor do Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP). JCAP é um Centro de Inovação Energética do Departamento de Energia (DOE) focado no desenvolvimento de um método econômico de transformar a luz solar, agua, e dióxido de carbono em combustível. É liderado pela Caltech com o Berkeley Lab como parceiro principal.

p A equipe de Atwater construiu materiais com nanoestruturas com centenas de nanômetros de largura - menores ainda do que os comprimentos de onda da luz que representam o espectro visível, que varia de cerca de 400 a 700 nanômetros.

p Os pesquisadores criaram nanoestruturas com uma variedade de larguras, que absorvem diferentes comprimentos de onda - cores - da luz. Quando essas nanoestruturas absorvem luz, eles geram uma corrente elétrica com uma intensidade que corresponde ao comprimento de onda da luz que é absorvida.

p Os detectores foram fabricados na sala limpa do Instituto de Nanociência Kavli em Caltech, onde a equipe criou estruturas de sub-comprimento de onda usando uma combinação de deposição de vapor (que condensa camadas de átomos finos de material em uma superfície de uma névoa rica em elementos) e litografia de feixe de elétrons (que corta padrões em nanoescala nesse material usando um feixe de elétrons focado ) As estruturas, que ressoam e geram um sinal quando absorvem fótons com comprimentos de onda específicos, foram criados a partir de ligas com propriedades termoelétricas bem conhecidas, mas a pesquisa é aplicável a uma ampla gama de materiais, dizem os autores.

p “Esta pesquisa é uma ponte entre dois campos de pesquisa, nanofotônica e termoelétrica, que não costumam interagir, e cria uma avenida para colaboração, "diz a estudante de graduação Kelly Mauser (MS '16), autor principal do Nature Nanotechnology estude. "Há uma infinidade de aplicações inexploradas e excitantes e oportunidades de pesquisa na junção desses dois campos."

p O estudo é intitulado "Nanofotônica termoelétrica ressonante".