Prvý fotodetektor z čisto čierneho kremíka zbúral 100 % efektivitu v účinnosti

Vedcom z fínskej univerzity Aalto sa podarilo vytvoriť fotodetektor, ktorý prekročil 100 % hranicu, ktorá sa doteraz považovala za teoretické maximum externej kvantovej účinnosti (EQE), informoval web samotnej univerzity.

Fotodetektory, súčiastky, ktoré menia svoje elektrické vlastnosti dopadom svetla, sa v súčasnosti využívajú v mnohých priemyselných oblastiach a spektroskopických zariadeniach. Ich výkon však nie je postačujúci, čo bol pravdepodobne aj jeden z primárnych dôvodov, prečo sa vedci zamerali na vývoj týchto súčiastok.

V rámci svojho výskumu dokázali vytvoriť fotodetektor z čierneho kremíka, ktorý presahuje doterajšie teoretické maximum externej kvantovej účinnosti až o 30 %. Vedecký tím na čele s Moisesom Garinom svoj objav publikoval v žurnále Physical Review Letters.

Fotodetektor dosahujúci 130% externej kvantovej účinnosti

Vedci vo svojej štúdii uvádzajú, že sa jedná o fotodetektor s certifikovanou externou kvantovou účinnosťou nad 130 % v UV oblasti bez vonkajšej amplifikácie.

Vonkajšia kvantová účinnosť predstavuje mieru využitia dopadajúceho svetla. Inými slovami 100 % vonkajšia kvantová účinnosť znamená, že jeden prichádzajúci fotón generuje jeden elektrón do vonkajšieho obvodu. Vytvorený kremíkový fotodetektor tak dokáže z jedného prichádzajúceho fotónu generovať až približne 1,3 elektrónu.

Prekvapení nezostali iba vedci

Dosiahnuté výsledky boli pre vedcov natoľko zarážajúce, že sa ich rozhodli overiť aj prostredníctvom nezávislých meraní vykonaných inou inštitúciou.

Nezávislé merania vykonal Nemecký národný metrologický inštitút PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt). Rovnako ako vedci z fínskej univerzity, zaskočený zostal aj vedúci laboratória detektorovej rádiometrie Lutz Werner, ktorý dosiahnuté výsledky overoval. Ten na margo získaných výsledkov poznamenal, že sa jedná o významný prelom a zároveň veľmi žiadaný objav, o ktorom metrológovia doteraz iba snívali.

Vedci na dosiahnutie tejto výnimočne vysokej externej kvantovej účinnosti použili nanoštrukturovanú kremíkovú fotodiódu, v ktorej dochádzalo vplyvom vysokoenergetických fotónov k znásobovaniu nosičov náboja vo vnútri nanoštruktúry kremíka.

Tento jav až doposiaľ nebol nikdy pozorovaný najmä vplyvom elektrických a optických strát, ktoré zabraňovali dosiahnutiu čo i len 100% účinnosti.

Sciencetimes uvádza, že nedávno sa podobné zariadenie podarilo zostrojiť aj čínskym vedcom. To ich však dosahovalo externú kvantovú účinnosť približne 32 %, čo už samo o sebe vysoko presahovalo konvenčne dosahované hodnoty.

Azda najväčší potencionálny prínos má toto zariadenie v spektrospokopii, kde sa UV fotodetektory využívajú na odoberanie svetla a jeho následnej premeny na elektrický prúd, ktorý potom poskytuje pre dané prístroje potrebné údaje. Vyššia citlivosť fotodetektorov by teoreticky znamenala, že prístroje využívané v spektroskopii budú dosahovať lepšie a presnejšie údaje.

Zariadenie určite dokáže nájsť uplatnenie aj vo veľmi presnej molekulárnej spektroskopii, vďaka ktorej vedci iba nedávno našli novú organickú molekulu v medzihviezdnom priestore. Objavená molekula podľa všetkých dostupných údajov zohrávala kľúčovú úlohu pri vzniku života.

Čítajte viac z kategórie: Novinky