Chercheur découvre nouvelle technique pour détection de photon.

12 décembre 2023

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relecture effectuée par l'Université de Central Florida

Debashis Chanda, chercheur à l'Université de Central Florida et professeur au NanoScience Technology Center, a développé une nouvelle technique de détection des photons, des particules élémentaires qui vont de la lumière visible aux radiofréquences et qui sont essentielles pour la communication cellulaire.

Cette avancée pourrait conduire à des technologies plus précises et plus efficaces dans divers domaines, de l'amélioration de l'imagerie médicale et des systèmes de communication à l'optimisation de la recherche scientifique et même à la renforcement potentiel des mesures de sécurité.

La détection des photons reposait généralement sur le changement/modulation de l'amplitude de la tension ou du courant. Mais Chanda a mis au point un moyen de détecter les photons en modulant la fréquence d'un circuit oscillant, ouvrant ainsi la voie à une détection des photons ultra-sensible.

La méthode de Chanda utilise un matériau spécial à changement de phase (PCM) qui modifie sa forme lorsqu'il est touché par la lumière, créant ainsi un rythme électrique qui reste stable, ou une oscillation stable du circuit électrique. Lorsqu'un photon de lumière touche le matériau, il modifie la vitesse du rythme, ou change la fréquence d'oscillation. L'ampleur du changement du rythme dépend de l'intensité de la lumière, de la même manière que la voix d'une personne modifie le son à la radio.

Le nouvel développement a récemment été publié dans Advanced Functional Materials.

La détection de l'infrarouge longue onde (LWIR) dans la plage de longueurs d'onde de 8 à 12 micromètres est extrêmement importante en astronomie, en science du climat, en analyse des matériaux et en sécurité. Cependant, la détection du LWIR à température ambiante est depuis longtemps un défi en raison de l'énergie faible des photons.

Les détecteurs LWIR actuellement disponibles peuvent être largement classés en deux types : les détecteurs refroidis et les détecteurs non refroidis, chacun ayant ses propres limites.

Les détecteurs refroidis offrent une excellente capacité de détection, mais ils nécessitent un refroidissement cryogénique, ce qui les rend coûteux et limite leur utilité pratique. En revanche, les détecteurs non refroidis peuvent fonctionner à température ambiante, mais ils souffrent d'une faible capacité de détection et d'une réponse lente en raison du bruit thermique plus élevé inhérent au fonctionnement à température ambiante. Un détecteur/caméra infrarouge peu coûteux, hautement sensible et rapide continue de représenter un défi scientifique et technologique.

C'est là la principale raison pour laquelle les caméras LWIR ne sont pas largement utilisées, sauf dans les applications spécifiques du ministère de la Défense et de l'espace.

"Contrairement à tous les schémas de détection des photons actuels où la puissance lumineuse modifie l'amplitude de la tension ou du courant (modulation d'amplitude - AM), dans le schéma proposé, les hits ou les incidences de photons modulent la fréquence d'un circuit oscillant et sont détectés sous forme de décalage de fréquence, offrant une robustesse inhérente aux bruits, qui sont de nature AM", explique Chanda.

"Notre approche basée sur la FM offre une puissance équivalente au bruit de température ambiante exceptionnelle, un temps de réponse et une capacité de détection", déclare Chanda. "Ce concept général de détection des photons basé sur la FM peut être mis en œuvre dans n'importe quelle plage spectrale en utilisant d'autres matériaux à changement de phase."

"Nos résultats présentent ce nouveau détecteur basé sur la FM comme une plateforme unique pour la création de détecteurs infrarouges non refroidis et de systèmes d'imagerie à faible coût et haute efficacité pour diverses applications telles que la télédétection, l'imagerie thermique et les diagnostics médicaux", déclare Chanda. "Nous pensons fermement que les performances peuvent être améliorées grâce à un conditionnement industriel approprié."

Ce concept développé par le groupe Chanda ouvre la voie à une détection LWIR haute sensibilité, non refroidie, car le bruit limite la sensibilité de détection. Ce résultat promet une nouvelle approche de détection LWIR non refroidie, qui est hautement sensible, peu coûteuse et peut être facilement intégrée à des circuits de lecture électroniques, sans nécessiter de complexité de l'hybridation.

Informations sur le journal : Advanced Functional Materials

Fourni par : Université de Central Florida