Новый фотодетектор разработан физиками на основе принципов, используемых пустынными муравьями

Новости МирТесен

Китайские ученые создали поляризационный фотодетектор, интегрированный на кристалле. Для этого был разработан инновационный метод – нанопечатная кристаллизация.

Поляризационный фотодетектор (pol-PDs) — поляриметр — это прибор, предназначенный для измерения характеристик света, относящихся к его поляризации. Поляризация определяет направление колебаний электрического поля световой волны. Полученные данные необходимы для изучения свойств объектов, взаимодействующих со светом.

Примером использования поляризации являются солнечные очки с поляризационными линзами. Такие линзы блокируют часть солнечного излучения и снижают блики на воде, окнах и других отражающих поверхностях благодаря специальному покрытию, которое отсекает свет с определенной поляризацией.

Поляризационные фотодетекторы используют в геологическом дистанционном зондировании, машинном зрении и медицине. Однако такие устройства обычно требуют громоздких и сложных оптических компонентов, что мешает интегрировать их в уже существующие приборы и технологические цепочки.

Поляризационная визуализация предоставляет ряд значительных достоинств: она дает возможность осуществлять многомерное распознавание объектов, гарантировать высокую точность и контрастность изображения, а также эффективно функционировать в условиях ограниченной видимости, например при наличии тумана. В связи с этим ученые активно разрабатывают методы снижения стоимости поляризационных фотодетекторов.

Группа физиков обратилась к уникальной способности пустынных муравьев-бегунков рода Calyphis ориентироваться, используя поляризованный свет. Эта особенность позволяет им возвращаться в свои гнезда, ориентируясь по дневному небу, даже если на их пути нет физических ориентиров. Их сложные фасеточные глаза позволяют воспринимать поляризованное излучение солнца.

Ученым удалось воссоздать эту особенность при разработке поляризационного фотодетектора. Для этого был использован метод одноэтапной нанопечатной кристаллизации, который изготовить создать высококристаллическую перовскитную однослойную пленку с организованными решетками, выстроенными в четырех различных направлениях.

Предложенный ими подход и структура поверхности, вдохновленная природой, позволили создать компактный поляризационный фотодетектор. Он обеспечивает запись данных за один цикл и формируется непосредственно на чипе, содержащем все необходимые компоненты для обработки информации. Благодаря этому устройство не нуждается в дополнительных оптических элементах для работы с поляризацией. Исследование, руководимое профессором Ли Минчжу ( Li Mingzhu), опубликовано в журнале Science Advances.

Кроме того, нанопечатная кристаллизация может стать универсальным подходом к созданию узорчатых перовскитных однослойных пленок с высокой оптоэлектронной производительностью и улучшенной способностью управления светом. Эта технология открывает возможность создавать другие биологически вдохновленные поляризационные фотодетекторы.