Ученые из Технического университета Эйндховена, Нидерланды, создали датчик, который преобразовывает свет в электрический сигнал с 200-процентной эффективностью. И для того, чтобы добиться "невозможного" уровня эффективности, исследователям пришлось использовать некоторые из странных явлений квантовой физики.

Эффективность датчика, фотодиода, обычно определяется количеством фотонов света, преобразованных в электрический сигнал, по отношению к общему количеству фотонов, падающих на поверхность датчика. В данном же случае речь идет несколько о другом виде эффективности, о так называемой квантовой эффективности, о количестве свободных электронов, произведенные в результате поглощения датчиком одного фотона.

Ученые работали над фотоэлектрическим устройством, в котором были объединены два типа технологий, используемых в солнечных батареях, перовскиты и органические полупроводники. Из этих двух материалов были сделаны тончайшие слои, которые были наложены друг на друга. Свет, прошедший и не поглощенный верхним слоем, проходил и поглощался нижним слоем. Такой композитный фотодатчик продемонстрировал квантовую эффективность в 70 процентов.

Для увеличения эффективности, ученые применили странный на первый взгляд прием. Датчик обзавелся светофильтром, блокировавшим свет всего видимого диапазона, а внутренние слои датчика были подсвечены зеленым светом из дополнительного источника. И это подняло показатель квантовой эффективности до значения в 200 процентов.

В настоящее время ученые еще не знают точно, что же именно происходит внутри структуры датчика, но у них уже имеются некоторые теории. "Мы думаем, что освещение зеленым светом приводит к перестроению электронной структуры перовскита" - пишут исследователи, - "Перовскит действует в таком случае, как хранилище дополнительных зарядов, высвобождающихся, только когда инфракрасные фотоны поглощаются органическим слоем".

"Другими словами, каждый инфракрасный фотон, попавший в датчик и преобразованный в электрон, получает в качестве "бонуса" еще один электрон, что приводит к повышению эффективности до 200 процентов".

Результатом столь высокого значения квантовой эффективности нового фотодиода является его высокая чувствительность. За счет этого фотодиод смог измерить небольшие изменения в инфракрасном свете, отраженном от пальца человека на расстоянии в 130 сантиметров. В этих измерениях содержатся данные о кровяном давлении и ритме сердцебиения, что обычно измеряется подобными датчиками умных часов, только в данном случае эти измерения были сделаны с достаточно большого расстояния.

Подобным образом был измерен темп дыхания человека по движениям его груди. И все это вместе является демонстрацией высокого потенциала нового датчика в области медицинской диагностики и контроля, который в будущем можно будет производить с достаточно большого расстояния.

Ключевые слова:
Фотодатчик, Фотодиод, Квантовый, Эффективность, Перовскит, Органический, Свет, Фотон, Электрон

Первоисточник

Другие новости по теме:

Быстродействующий детектор из нового материала позволяет извлечь квантовую информацию из единичных фотонов

Разработан новый источник единичных фотонов, обладающий рекордными показателями

Нанотехнологии стали основой создания быстродействующего фотодатчика, способного реагировать на единственный фотон света.

Создан детектор, способный "посчитать" до четырех фотонов за один раз

Ученые путем генных модификаций заставили вирусы передавать энергию

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.