Новые устройства от ученых РТУ МИРЭА обладают повышенной чувствительностью и способностью различать поляризацию света. Благодаря гибкости и тонкости двухмерных материалов, сенсоры на их основе могут быть интегрированы в прототипы умных часов, фитнес-трекеров и других носимых гаджетов. Эти сенсоры способны мониторить пульс, уровень кислорода в крови и другие биометрические показатели с высокой точностью.
В РТУ МИРЭА создали фотодетекторы, которые повысят качество / © Аксана Колесник, пресс-служба РТУ МИРЭА,
В основе новых фотодетекторов лежат двумерные графеноподобные полупроводниковые пленки из дисульфида молибдена (MoS₂) с высокой концентрацией дефектов. Эти дефекты значительно увеличивают чувствительность сенсоров к свету, но снижают их быстродействие. Чтобы решить эту проблему, команда использовала асимметричные плазмонные решетки, которые усилили поглощение света и позволили устройствам различать поляризацию, сохраняя при этом гибкость и малую толщину.
Дополнительно был разработан специальный алгоритм, основанный на динамической математической модели, который существенно сократил время отклика сенсоров, уменьшив его на несколько порядков по сравнению с первоначальным значением. Это делает данные фотодетекторы идеальными кандидатами для использования в гибких носимых устройствах. Результаты опубликованы в журнале Optical Materials.
«Исследование показало, что фотодетекторы с асимметричными плазмонными решетками демонстрируют значительно улучшенные характеристики: фотоотклик около 60 мА/Вт и степень линейной поляризации 0,78, — рассказывает Сергей Лавров, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры наноэлектроники РТУ МИРЭА.
— Представьте наш фотодетектор как тонкую сеть, натянутую для улавливания света. Дефекты в пленках дисульфида молибдена действуют как дополнительные узлы в этой сети, которые эффективно захватывают больше фотонов, увеличивая фототок и повышая чувствительность устройства.
Асимметричные плазмонные решетки работают как специальные направляющие, фокусирующие свет определенной поляризации прямо в активные области сети. Это позволяет устройству различать поляризацию света, словно мы настраиваем сеть так, чтобы улавливать только свет с определенным направлением волн.
Однако увеличение числа узлов в сети (дефектов) может замедлить обработку сигналов, так как появляется больше информации для анализа. Чтобы решить проблему быстродействия, мы разработали специальный алгоритм на основе динамической математической модели. Он функционирует как высокоскоростная система обработки данных, которая быстро анализирует и обрабатывает поступающие фотонные сигналы, существенно сокращая время отклика фотодетектора. Таким образом, мы смогли объединить высокую чувствительность, способность различать поляризацию и быстрое время реакции в одном гибком устройстве».
Сегодня практически не существует гибких фотодетекторов, обладающих одновременно высокой чувствительностью и способностью различать поляризацию света. Новые устройства, созданные командой из РТУ МИРЭА, не только решают эту задачу, но и открывают возможности для создания легких и прочных носимых устройств. Они могут найти применение в системах оптической связи, устройствах поляризационного изображения и других областях, требующих высокочувствительных фотодетекторов. Уникальные характеристики делают их перспективными для развития оптических радаров и нанофотоники, уверены в университете.
