Investigador descubre nueva técnica para la detección de fotones.

12 de diciembre de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han destacado los siguientes atributos al tiempo que aseguran la credibilidad del contenido:

• verificación de hechos
• publicación con revisión por pares
• fuente confiable
• corrección de pruebas

por la Universidad de Florida Central

Debashis Chanda, investigador de la Universidad de Florida Central, profesor en el Centro de Tecnología NanoScience, ha desarrollado una nueva técnica para detectar fotones, partículas elementales que abarcan desde la luz visible hasta las frecuencias de radio y son fundamentales para la comunicación celular.

El avance podría llevar a tecnologías más precisas y eficientes en diversos campos, desde mejorar la imagen médica y los sistemas de comunicación hasta potenciar la investigación científica e incluso reforzar las medidas de seguridad.

La detección de fotones típicamente ha dependido del cambio / modulación de la amplitud de voltaje o corriente. Pero Chanda ha desarrollado una manera de detectar fotones mediante la modulación de la frecuencia de un circuito oscilante, allanando el camino para una detección de fotones ultra sensible.

El método de Chanda utiliza un material especial de cambio de fase (PCM) que cambia de forma cuando la luz lo toca, creando un ritmo eléctrico que permanece estable, o una oscilación de circuito eléctrico estable. Cuando un fotón de luz golpea el material, cambia la velocidad del ritmo o desplaza la frecuencia de oscilación. Cuánto cambia el ritmo depende de la intensidad de la luz, similar a cómo la voz de una persona cambia el sonido en la radio.

El nuevo desarrollo se publicó recientemente en Advanced Functional Materials.

La detección de infrarrojos de onda larga (LWIR) en el rango de longitud de onda de 8 a 12 micrómetros es extremadamente importante en astronomía, ciencias climáticas, análisis de materiales y seguridad. Sin embargo, la detección de LWIR a temperatura ambiente ha sido un desafío de larga data debido a la baja energía de los fotones.

Los detectores LWIR disponibles actualmente se pueden clasificar en dos tipos: detectores refrigerados y detectores no refrigerados, cada uno con sus propias limitaciones.

Si bien los detectores refrigerados ofrecen una excelente capacidad de detección, requieren refrigeración criogénica, lo que los hace costosos y limita su utilidad práctica. Por otro lado, los detectores no refrigerados pueden operar a temperatura ambiente pero sufren de baja capacidad de detección y respuesta lenta debido al mayor ruido térmico inherente a la operación a temperatura ambiente. El desarrollo de un detector / cámara infrarrojo rápido y de alta sensibilidad y bajo costo sigue siendo un desafío científico y tecnológico.

Esta es la razón principal por la cual las cámaras LWIR no se utilizan ampliamente, excepto en aplicaciones específicas del Departamento de Defensa y el espacio.

"A diferencia de todos los esquemas de detección de fotones presentes, donde la potencia de la luz cambia la amplitud del voltaje o la corriente (modulación de amplitud - AM), en el esquema propuesto, los impactos o incidentes de fotones modifican la frecuencia de un circuito oscilante y se detectan como un cambio de frecuencia, ofreciendo así una robustez inherente a los ruidos, que son de naturaleza AM", dice Chanda.

"Nuestro enfoque basado en FM ofrece una potencia equivalente de ruido excepcional a temperatura ambiente, un tiempo de respuesta y una capacidad de detección", dice Chanda. "Este concepto general de detección de fotones basado en FM se puede implementar en cualquier rango espectral basado en otros materiales de cambio de fase".

"Nuestros resultados presentan este nuevo detector basado en FM como una plataforma única para crear detectores de infrarrojos no refrigerados y sistemas de imagen de alta eficiencia y bajo costo para diversas aplicaciones, como la detección remota, la imagen térmica y los diagnósticos médicos", dice Chanda. "Creemos firmemente que el rendimiento se puede mejorar aún más con el empaquetado a escala industrial adecuado".

Este concepto desarrollado por el grupo Chanda representa un cambio de paradigma para la detección de LWIR no refrigerada ya que el ruido limita la sensibilidad de detección. Este resultado promete un nuevo esquema de detección de LWIR no refrigerado que es altamente sensible, de bajo costo y que se puede integrar fácilmente con la electrónica de lectura sin la necesidad de una hibridación compleja.

Información del diario: Advanced Functional Materials

Proporcionado por Universidad de Florida Central