Fototechnologia, która trafia prosto w dziesiątkę

Nowatorskie materiały o wyjątkowych właściwościach sprzyjają ewolucji wielu dziedzin i powstawaniu nowych fascynujących urządzeń. Nowa klasa materiałów, plazmony, wykorzystuje interakcję między światłem a kompozytami składającymi się z metali i dielektryków na rzecz produkcji właściwości optycznych nie występujących w przyrodzie. Oczekuje się, że owe metamateriały zwiększą wydajność wielu urządzeń optoelektrycznych, choć ich stosowalność pozostaje niesprecyzowana.

Finansowany przez UE projekt "Plasmonically-enhanced quantum dot photodetectors" (PEQUPHOT) powstał, aby tę przełamać barierę i zademonstrować potencjał nowej technologii. W projekcie połączono dwie nowatorskie technologie, typ fotodetektora o konstrukcji nano (opartego na pojedynczej kropce kwantowej) i antenę plazmoniczną.

Zespół wybrał fotodetektory, ponieważ w wielu zastosowaniach wykrywanie sygnałów optycznych ma decydujące znaczenie. Tanie, stworzone metodą przetwarzania roztworu fotodetektory oparte na pojedynczej kropce kwantowej cieszą się coraz większym zainteresowaniem. Niestety musiał nastąpić kompromis między prędkością a czułością. Minimalizacja obszaru elektrycznie czynnego zwiększa prędkość, jednak obszar czynny optycznie musi być dostatecznie duży, by móc wyłapać dużą ilość fotonów. Anteny plazmoniczne skupiają światło na nanoskali, co stało się inspiracją do zainicjowania omawianego projektu.

Naukowcy wykorzystali plazmoniczną konstrukcję "celu", która składa się z periodycznie ułożonych koncentrycznych metalowych rowków. Rowki koncentrują się i skupiają światło w centralnym punkcie "celu", wspomagając transmisję przez otwór podczęstotliwościowy. Redukują w ten sposób obszar elektrycznie czynny fotodetektora, jednak zachowują jego obszar czynny optycznie dzięki antenie plazmonicznej. Eksperymenty dowiodły, że wydajność fotodetektorów opartych na pojedynczej kropce kwantowej wzrasta. W rzeczywistości fotodetektor plazmoniczny o konstrukcji "celu" przewyższył w działaniu oba urządzenia referencyjne.

Projekt PEQUPHOT dostarczył nowych nieodpartych dowodów na to, że plazmony mogą zwiększać wydajność urządzeń optoelektronicznych. Projekt zdecydowanie przyczynił się do wzbogacenia tej rozwijającej się dziedziny i umocnił konkurencyjną pozycję UE.