Ученые Сколтеха повысили чувствительность инфракрасных датчиков в широком диапазоне при комнатной температуре, применив углеродные нанотрубки. Потенциально это снизит стоимость устройств и позволит выпускать более компактные модели бесконтактных термометров, датчиков пожарной безопасности и газовых сенсоров. Работа поддержана грантом РНФ, а результаты опубликованы в журнале Opto-Electronic Advances.
Регистрировать инфракрасное излучение можно фотонными или тепловыми детекторами. Фотонные устройства создаются на основе полупроводников, они показывают высокую чувствительность, но требуют охлаждения. Тепловые приборы регистрируют свет из-за изменений физических свойств чувствительного элемента при нагреве, вызванном поглощённым инфракрасным излучением. А по изменению электрического сигнала можно делать выводы о температуре и поглощённом ИК-излучении. Такие приборы работают при комнатной температуре, но проигрывают в точности, рассказала корреспонденту портала «Научная Россия» автор исследования, аспирант Сколтеха по программе «Физика» Светлана Серебренникова.
«Идея работы заключалась в создании фотодетектора для регистрации широкого диапазона длин волн, который не требовал бы охлаждения. В фотодетектировании используется такой материал как ниобат лития: при изменении температуры он создает электрическое поле, способное усиливать сигнал графена в ответ на падающее излучение, как было показано ранее. Мы объединили его с однослойными углеродными нанотрубками вместо графена в данной конфигурации фототранзистора. При поглощении ИК-излучения они меняют сопротивление в 10–100 тыс. раз сильнее, чем графен. Соответственно мы получаем высокую чувствительность датчиков, близкую к требующим охлаждения фотонным устройствам, но при комнатной температуре», — рассказала Светлана Серебренникова.
Светлана Серебренникова добавила, что нанотрубки создаются в лаборатории Сколтеха. При этом на повышенную чувствительность датчиков влияет их качество и низкая дефектность при переносе на ниобат лития. Потенциально разработка позволил создавать портативные инфракрасные датчики высокой точности для различных областей.
«Мы уже создали небольшой прототип устройства и продолжаем исследования. В первую очередь, они касаются времени отклика и повышения быстродействия. Для этого мы стараемся уменьшить толщину кристалла ниобата лития», — отметила Светлана Серебренникова.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
