Исследователи из РТУ МИРЭА разработали фотодетекторы, которые способны не только улавливать свет с высокой точностью, но и различать его поляризацию. Эти устройства, созданные на основе двумерных материалов, могут стать основой для нового поколения умных часов, фитнес-трекеров и других носимых гаджетов. Они потенциально могут быть использованы для отслеживания ключевых биометрических показателей, например пульса или уровня кислорода в крови, благодаря своей высокой чувствительности к свету.
Автор фото: Аксана Колесник, пресс-служба РТУ МИРЭА
В основе разработки лежат тонкие пленки из дисульфида молибдена (MoS₂), структура которых содержит большое количество дефектов. Эти дефекты, вопреки обычным представлениям, играют ключевую роль: они значительно повышают чувствительность сенсоров к свету, однако существенно замедляют их быстродействие. Другим серьезным ограничением таких сенсоров является крайне низкое поглощение света пленками моноатомной толщины. Чтобы решить именно эту проблему, ученые использовали асимметричные плазмонные решетки — специальные структуры, которые в ходе проведенных экспериментов позволили усилить поглощение света более чем в 50 раз и дали возможность устройствам различать его поляризацию, сохранив при этом гибкость и минимальную толщину. Однако использование плазмонных структур приводит к дополнительному увеличению числа дефектов и, следовательно, к дальнейшему ухудшению быстродействия устройств.
Высокая концентрация дефектов в сенсорах значительно замедляла обработку сигналов, увеличивая время отклика до тысяч секунд. Чтобы решить эту проблему, команда разработала специальный алгоритм, основанный на динамической математической модели. Он позволяет быстро анализировать фотонные сигналы и рассчитывать итоговые значения фототока, благодаря чему эффективное время отклика устройств удалось сократить примерно в сотни раз. Это делает сенсоры подходящими для интеграции в гибкие носимые устройства. Результаты исследования опубликованы в журнале Optical Materials.
«Наши фотодетекторы демонстрируют впечатляющие характеристики: фотоотклик около 60 мА/Вт и чувствительность к поляризации света до 80%, — поясняет Сергей Лавров, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры наноэлектроники ИПТИП РТУ МИРЭА. — Представьте, что сенсор — это тонкая сеть, предназначенная для улавливания света. Дефекты в пленках дисульфида молибдена выступают дополнительными узлами, которые захватывают больше фотонов и повышают чувствительность. А асимметричные плазмонные решетки работают как направляющие, которые собирают и фокусируют свет определенной поляризации в нужные области сенсора. Таким образом, устройство может "настроить" сеть на свет с конкретным направлением волн и различать его поляризацию».
Сегодня на рынке практически отсутствуют гибкие фотодетекторы, которые сочетают высокую чувствительность и способность различать поляризацию света. Разработка ученых РТУ МИРЭА не только заполняет этот пробел, но и открывает новые возможности для создания легких, прочных и функциональных носимых устройств. Такие сенсоры могут быть использованы в системах оптической связи, устройствах поляризационного изображения, оптических радарах и нанофотонике.
«Мы смогли объединить в одном устройстве высокую чувствительность, способность различать поляризацию и быстрое время реакции, — подчеркивает Сергей Лавров. — Это делает наши фотодетекторы перспективными для широкого спектра применений, от медицинских гаджетов до высокотехнологичных систем связи».
Информация и фото предоставлены пресс-службой РТУ МИРЭА
