Energia

Fotodetector em nanoescala beneficiará câmeras, células solares e muito mais

Fotodetector em nanoescala beneficiará câmeras, células solares e muito mais
Esta ilustração mostra as diferentes camadas do fotodetector em nanoescala, incluindo o germânio (vermelho) entre camadas de ouro ou alumínio (amarelo) e óxido de alumínio (roxo). A camada inferior é um substrato de prata.[Imagem: University at Buffalo]

Nano-fotodetector

Não é à toa que a miniaturização se tornou a alma da tecnologia moderna.

Assim como transistores cada vez menores tornaram os computadores cada vez mais poderosos, o mesmo está acontecendo com os componentes optoeletrônicos.

É o caso, por exemplo, dos sensores das câmeras digitais ou das células solares, que coletam luz e a convertem em energia elétrica. Conforme esses componentes seguem na onda da miniaturização, isso deverá significar painéis solares menores e mais leves, fotos de alta qualidade em condições de pouca iluminação, ou a transmissão mais rápida de informações, já que os emissores e sensores de luz são parte essencial das comunicações por fibras ópticas.

Zhenyang Xia e seus colegas da Universidade de Buffalo, nos EUA, deram sua contribuição para que essas possibilidades se tornem realidade.

Eles criaram um fotodetector - um sensor de luz - em nanoescala que detonou com a concorrência.

"Nós criamos um componente extraordinariamente potente e excepcionalmente pequeno que converte luz em energia. As aplicações potenciais são entusiasmantes porque ele poderá ser usado para produzir tudo, de painéis solares mais eficientes a fibras ópticas mais potentes," disse o professor Qiaoqiang Gan, coordenador da pesquisa.

Fotodetector em nanoescala beneficiará câmeras, células solares e muito mais
Esquema do fotodetector, formado por uma camada de cristais individuais de germânio. [Imagem: Zhenyang Xia]

Fotossensor

A miniaturização do fotossensor foi possível porque a equipe encontrou uma maneira de resolver dois problemas que vinham atrapalhando a redução no tamanho desses componentes: a diminuição do tamanho dos materiais de filmes finos normalmente degrada sua qualidade, além de torná-los virtualmente transparentes, o que reduz justamente sua capacidade de captar a luz.

Xia usou uma membrana extremamente fina de cristais do semicondutor germânio - material padrão nesse campo - e a colocou em uma nanocavidade. A nanocavidade é feita de uma série de moléculas interconectadas que, juntas, fazem a luz recircular, permitindo sua captação com mais eficiência.

Com isso, embora a miniaturização tenha deixado o material muito mais fino, ele funciona como se fosse muito mais grosso, graças a essa reciclagem da luz.

A equipe pretende agora testar sua técnica usando outros semicondutores.

"E, igualmente importante, ajustando a nanocavidade podemos controlar o comprimento de onda que realmente queremos absorver. Isso abrirá o caminho para desenvolver muitos componentes optoeletrônicos diferentes," concluiu o professor Gan.

Bibliografia:

Single-crystalline germanium nanomembrane photodetectors on foreign nanocavities
Zhenyang Xia, Haomin Song, Munho Kim, Ming Zhou, Tzu-Hsuan Chang, Dong Liu, Xin Yin, Kanglin Xiong, Hongyi Mi, Xudong Wang, Fengnian Xia, Zongfu Yu, Zhenqiang Ma, Qiaoqiang Gan
Science Advances
Vol.: 3, no. 7, e1602783
DOI: 10.1126/sciadv.1602783




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