Usando grafeno, um dos materiais mais versáteis da ciência, engenheiros da Escola de Engenharia UCLA Samueli inventaram um novo tipo de fotodetector que pode funcionar com mais tipos de luz do que seus equivalentes atuais. O dispositivo também possui recursos superiores de detecção e imagem.

Os fotodetectores são sensores de luz; em câmeras e outros dispositivos de imagem, eles detectam padrões de partículas elementares chamadas fótons, e criar imagens a partir desses padrões. Diferentes fotodetectores são construídos para detectar diferentes partes do espectro de luz. Por exemplo, fotodetectores são usados ​​em óculos de visão noturna para detectar a radiação térmica que é invisível a olho nu. Outros são usados ​​em câmeras que identificam produtos químicos no ambiente pela maneira como eles refletem a luz.

O quão versáteis e úteis são os fotodetectores depende em grande parte de três fatores:sua velocidade operacional, sua sensibilidade a níveis mais baixos de luz, e quanto do espectro eles podem sentir. Tipicamente, quando os engenheiros melhoram as capacidades de um fotodetector em qualquer uma dessas áreas, pelo menos uma das outras duas capacidades foi reduzida.

O fotodetector projetado pela equipe da UCLA tem grandes melhorias em todas as três áreas - ele opera em uma ampla faixa de luz, processa imagens mais rapidamente e é mais sensível a baixos níveis de luz do que a tecnologia atual.

"Nosso fotodetector pode estender o escopo e os usos potenciais de fotodetectores em sistemas de imagem e detecção, "disse Mona Jarrahi, professor de engenharia elétrica e da computação, quem conduziu o estudo. "Pode melhorar drasticamente a imagem térmica em visão noturna ou em aplicações de diagnóstico médico, onde diferenças sutis de temperatura podem dar aos médicos muitas informações sobre seus pacientes. Também pode ser usado em tecnologias de sensoriamento ambiental para identificar com mais precisão a concentração de poluentes."

O estudo foi publicado na revista Luz:Ciência e Aplicações .

O novo fotodetector aproveita as propriedades únicas do grafeno, um material superfino feito de uma única camada de átomos de carbono. O grafeno é um excelente material para detectar fótons porque pode absorver energia de uma ampla faixa do espectro eletromagnético - da luz ultravioleta à luz visível às bandas infravermelho e de microondas. O grafeno também é um bom condutor de corrente elétrica - os elétrons podem fluir por ele sem impedimentos.

Para formar o fotodetector, os pesquisadores colocaram tiras de grafeno sobre uma camada de dióxido de silício, que por si só cobre uma base de silício. Então, eles criaram uma série de padrões em nanoescala em forma de pente, feito de ouro, com "dentes" de cerca de 100 nanômetros de largura.

O grafeno atua como uma rede para capturar os fótons que chegam e depois convertê-los em um sinal elétrico. Os nanopadrões em forma de pente de ouro transferem rapidamente essas informações para um processador, que por sua vez produz uma imagem de alta qualidade correspondente, mesmo em condições de pouca luz.

"Nós projetamos especificamente as dimensões das nano-tiras de grafeno e seus remendos de metal de forma que a luz visível e infravermelha que entra seja confinada dentro delas, "disse Semih Cakmakyapan, um bolsista de pós-doutorado da UCLA e o principal autor do estudo. "Este projeto produz com eficiência um sinal elétrico que segue variações ultrarrápidas e sutis na intensidade da luz em toda a faixa espectral, de visível para infravermelho. "