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 имеет ряд значительных достоинств, в том числе возможность многомерного обнаружения, высокую точность и контрастность, а также эффективную работу в условиях плохой видимости, например, при наличии тумана. В связи с этим, исследователи стремятся к уменьшению размеров поляризационных фотодетекторов.
Команда физиков обратилась к стратегии, которую используют пустынные муравьи-бегунки определенного рода Calyphis различать поляризацию света. Благодаря этой особенности муравьи могут 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.
Ученые воссоздали эту функциональность в своем поляризационном фотодетекторе. Для этого они применили технологию одностадийной нанопечати для кристаллизации изготовить высококристаллическую перовскитную однослойную пленку с массивами решеток, ориентированных в четырех направлениях.
Их новый метод и биологически вдохновленная структура поверхности позволили создать компактный поляризационный фотодетектор, осуществляющий запись данных за один цикл и формируемый непосредственно на чипе со всеми необходимыми элементами для обработки информации. Благодаря этому прибор не нуждается в дополнительных оптических компонентах для работы с поляризацией. Исследование, выполненное под руководством профессора 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.