Para ilmuwan menciptakan titik kuantum tidak beracun untuk sensor gambar inframerah gelombang pendek

Sensor cahaya inframerah gelombang pendek (SWIR) diinginkan dalam berbagai aplikasi, khususnya di sektor robotika layanan, otomotif, dan elektronik konsumen. Titik-titik kuantum koloidal yang dapat diatur SWIR menjanjikan sensor tersebut karena dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam CMOS, namun penggunaan pasarnya secara luas terhambat oleh fakta bahwa sebagian besar dari sensor tersebut mengandung logam berat beracun seperti timbal atau merkuri. Kini tim ilmuwan telah membuat titik-titik kuantum dari bahan tidak beracun dan mengujinya dalam fotodetektor skala laboratorium, menurut salah satu peneliti. Makalah terbaru Diterbitkan di Fotonik Alam.

“Cahaya SWIR untuk penginderaan dan pencitraan sangat penting karena sifatnya yang unik,” tulis para penulis. “Aman bagi mata; dapat menembus kabut, kabut asap, dan kondisi cuaca lainnya, memungkinkan pencitraan dalam kondisi cuaca buruk untuk aplikasi otomotif, penginderaan lingkungan, dan penginderaan jauh; kehadiran cahaya malam di bawah malam dalam rentang SWIR memungkinkan penglihatan malam pasif; dan pencitraan optik yang dikombinasikan dengan spektroskopi inframerah memungkinkan penglihatan mesin, bioimaging, dan pemeriksaan kualitas makanan dan proses,” di antara aplikasi lainnya.

Seperti disebutkan sebelumnya, titik kuantum adalah butiran semikonduktor kecil dengan diameter beberapa puluh atom. Miliaran dolar dapat ditaruh di kepala peniti, dan semakin kecil semakin baik. Pada skala kecil tersebut, efek kuantum bekerja dan memberikan sifat listrik dan optik yang unggul pada titik-titik tersebut. Mereka bersinar terang ketika cahaya menyinari mereka, dan warna cahaya ini ditentukan oleh ukuran titik-titik kuantum. Titik yang lebih besar memancarkan cahaya yang lebih merah; Titik-titik kecil memancarkan cahaya lebih biru. Jadi Anda dapat menyesuaikan titik-titik kuantum dengan frekuensi cahaya tertentu hanya dengan mengubah ukurannya.

Dulunya dianggap mustahil untuk dibuat, titik-titik kuantum telah menjadi komponen populer di monitor komputer, layar televisi, dan LED, dan kegunaan lainnya. Misalnya, titik kuantum memungkinkan produsen TV menyempurnakan warna yang dipancarkan, menghasilkan warna yang lebih akurat dalam rentang yang lebih luas, sekaligus menggunakan lebih sedikit listrik. Ini berguna sebagai pengganti Pewarna organik yang digunakan untuk memberi label agen reaktif dalam biosensor berbasis fluoresen telah dimasukkan ke dalam jendela kaca untuk mengubah jendela tersebut menjadi sel fotovoltaik, yang berpotensi menghasilkan sejumlah kecil energi matahari untuk mengimbangi biaya energi rumah.

Pada tahun 2013, fisikawan Jerman membangun… Persamaan Empiris Setan Maxwell dengan sepasang titik kuantum yang berinteraksi. Pada tahun 2015, para ilmuwan Membuat “titik kencing” kuantum. Dari urin daur ulang dan digunakan untuk mencitrakan sel-sel vital tikus. Penerapan di masa depan mungkin mencakup penggabungan titik-titik kuantum ke dalam elektronik fleksibel, sensor kecil, dan sel surya atau menggunakannya dalam sistem komunikasi kuantum terenkripsi.

Penulis makalah terbaru ini berasal dari Institut Sains dan Teknologi Barcelona (BIST) dan Corve Technologies di Spanyol. Tim BIST sedang mencari cara untuk memproduksi nanokristal telurida bismut perak untuk perangkat fotovoltaik, dan memperhatikan bahwa telurida perak adalah salah satu produk sampingannya. Telurida perak memiliki sifat ideal untuk titik kuantum koloid, terutama kemampuan merdu. Jadi tim mengubah taktik dan mengembangkan proses untuk membuat titik-titik kuantum dari telurida perak.

Titik-titik kuantum yang dihasilkan memiliki distribusi ukuran yang baik dan dapat disesuaikan pada rentang spektral yang luas, termasuk SWIR. Langkah selanjutnya adalah mengintegrasikan titik-titik kuantum tersebut ke dalam fotodetektor skala laboratorium. Mundur dari pengaturan perangkat pada umumnya merupakan suatu tantangan karena salah satu perangkat memancarkan cahaya dari bagian bawah pada sebagian besar perangkat skala laboratorium, sedangkan kit CQD yang terintegrasi dengan CMOS menyertakan cahaya terang dari atas, dengan elektronik CMOS di bagian bawah. Upaya pertama hanya cukup berhasil karena fotodioda yang dihasilkan tidak berfungsi seperti yang diharapkan pada rentang SWIR.

Peneliti BIST mendesain ulang sensor dengan lapisan isolasi tambahan untuk mengatasi masalah tersebut, sehingga menghasilkan sensor SWIR yang lebih efektif. Mereka kemudian berkolaborasi dengan ilmuwan Korf untuk membangun sensor gambar SWIR bukti konsep yang terbuat dari titik kuantum tidak beracun yang dapat dioperasikan pada suhu kamar. Mereka mampu mengambil gambar wafer silikon bergerak di bawah cahaya SWIR dan melihat ke dalam botol plastik buram di bawah cahaya tampak. Langkah selanjutnya adalah merekayasa ulang susunan lapisan untuk meningkatkan kinerja fotodioda, serta mengeksplorasi kimia permukaan lainnya.

Fotonik Alami, 2024. DOI: 10.1038/s41566-023-01345-3 (Tentang ID digital).