Nanotecnologia

Microlente dispensa a lente para amplificar sinais

Microlente dispensa a lente para amplificar sinais
Pesquisadores criaram uma "microlente" que dispensa a lente para amplificar o sinal de sensores infravermelhos. O efeito é conseguido nos microfuros (abaixo). A superfície do sensor (acima) é inteiramente coberta com esses microfuros.[Imagem: Rensselaer/Shawn Lin]

Pesquisadores do Instituto Politécnico Rensselaer, nos Estados Unidos, desenvolveram um novo tipo de microlente - sem lente...

O dispositivo, construído em escala nanoscópica, concentra os feixes de luz em minúsculos furos, com potencial para criar uma nova geração de dispositivos de visão noturna e de câmeras de satélite com uma resolução inalcançável com a tecnologia atual.

Sensores de infravermelho

Usando as propriedades únicas de nanopartículas de ouro para "espremer" a luz e forçá-la através de minúsculos furos na superfície de uma placa de silício, os pesquisadores afirmam ser possível melhorar a sensibilidade dos sensores de infravermelho atuais em até 20 vezes.

Esta é a primeira demonstração em mais de uma década de uma melhoria no sinal de um detector infravermelho que não eleva também o ruído gerado.

"As imagens em infravermelho estão entre as grandes prioridades atuais, já que satélites com uma tecnologia mais avançada de imageamento em infravermelho podem ser úteis desde a prevenção do desmatamento até a segurança e o monitoramento climático," afirma Shawn-Yu Lin, coordenador da equipe.

"Nós demonstramos que se pode usar nanopartículas de ouro para focalizar a luz que entra no detector infravermelho, que por sua vez aumenta a absorção de fótons e também aumenta a capacidade dos pontos quânticos usados para converter esses fótons em elétrons. Este tipo de comportamento nunca havia sido visto antes," disse ele.

Sinal/ruído

A capacidade de detecção de um sensor infravermelho é determinada pela intensidade do sinal que ele recebe, dividido pelo ruído gerado durante essa detecção.

O atual estado-da-arte em fotodetectores de infravermelho usa uma liga de mercúrio-cádmio-telúrio (MCT), que apresenta uma forte recepção de sinal mas enfrenta vários problemas, incluindo longos períodos de exposição para gerar a imagem.

A equipe de Lin desenvolveu uma tecnologia chamada fotodetectores de infravermelho de pontos quânticos (QDIP - Quantum Dot Infrared Photodetectors), que supera largamente os MCT.

Sensor de pontos quânticos

Os QDIPs são estruturas alongadas, dotadas de minúsculos furos em sua superfície, e recobertas com uma película de ouro de apenas 50 nanômetros de espessura.

Cada furo tem 1,6 micrômetro de diâmetro e 1 micrômetro de profundidade. Em seu interior são colocados os pontos quânticos, cristais com propriedades ópticas e semicondutoras únicas, capazes de converter os fótons em elétrons.

A interação da luz com os plasmons de superfície foca a luz diretamente nos buracos em nanoescala, concentrando os fótons que incidem sobre os pontos quânticos.

Essa concentração aumenta a interação entre a luz, que fica aprisionada no furo, e os pontos quânticos, aumentando a capacidade destes em converter os fótons em elétrons.

Microlente sem lente

O efeito é semelhante ao que seria obtido cobrindo cada minúsculo buraco no QDIP com uma lente - com a vantagem de que, sem precisar usar a lente, o sensor fica mais leve, mais fácil e mais barato de fabricar, e não é preciso lidar com o problema de ajustar e calibrar milhões de lentes microscópicas.

O maior volume de elétrons gerados representa a intensidade de sinal captado pelo sensor. O resultado do funcionamento das microlentes é a geração de uma corrente elétrica até 400% mais forte do que a energia que incide sobre o QDIP.

Bibliografia:

A Surface Plasmon Enhanced Infrared Photodetector Based on InAs Quantum Dots
Chun-Chieh Chang, Yagya D. Sharma, Yong-Sung Kim, Jim A. Bur, Rajeev V. Shenoi, Sanjay Krishna, Danhong Huang, Shawn-Yu Lin
Nano Letters
May 2010
Vol.: 10 (5), pp 1704-1709
DOI: 10.1021/nl100081j




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