Los dispositivos electrónicos que proporcionan respuestas a la luz y mediciones espectrales son componentes prometedores para su uso en una amplia gama de aplicaciones, entre ellas la detección multifuncional, las imágenes de color, las comunicaciones ópticas de gran anchura de banda, así como las técnicas de caracterización. Sin embargo, los actuales detectores optoelectrónicos se utilizan para medir únicamente las intensidades de luz (densidades de potencia), mientras que los espectrómetros fotodetectores requieren como mínimo un conjunto a nivel de chip y pueden generar señales redundantes para aplicaciones que no necesitan información espectral detallada. El cerebro humano puede procesar un gran número de señales de luz/espectro a alta velocidad, en parte porque percibe las luces como una combinación de colores e intensidades. Los estudios sobre la percepción de los colores sugieren que, si bien el ojo humano percibe tres longitudes de ondas distintas (rojo, verde y azul), el cerebro humano proyecta los colores en términos de tono e intensidad, donde el color se representa mejor por el tono. En un nuevo artículo científico publicado en Light Science & Application, un equipo de científicos dirigido por el profesor Shi-Jin Ding de la Universidad de Fudan (China), ha desarrollado una célula optoelectrónica flexible y de bajo coste que puede detectar la intensidad de la luz y percibir el color, inspirada en las percepciones visuales y psicológicas de la luz por parte de los humanos.
Para ello se utilizaron perovskitas de gradiente de banda, preparadas por un método de intercambio de halogenuros mediante la inmersión en una solución, desarrollándose así como la capa fotoactiva de la célula. Dado que la absorción de fotones sólo puede ocurrir en energías por encima del ancho de banda de los semiconductores, los dispositivos pueden percibir el contenido espectral de las señales de luz con alta resolución.
El dispositivo fabricado produce dos señales de salida: una muestra respuestas lineales tanto a la energía como al flujo de los fotones, mientras que la otra depende sólo del flujo de los fotones. Así pues, combinando las dos señales, el dispositivo único puede proyectar los espectros monocromáticos y de banda ancha en el flujo total de los fotones y las energías medias de los fotones (es decir, las intensidades y los matices), que están en buena armonía con los obtenidos con un fotodetector y un espectrómetro comerciales. Bajo una iluminación cambiante en tiempo real, el dispositivo preparado puede proporcionar instantáneamente resultados de intensidad y tono de color (hue).
En la figúra anterior se muestra la configuración del ensayo químico/bioquímico colorimétrico: los químicos/bioanálisis modificarán el color del material de detección, y el dispositivo de gradiente de banda convertirá el cambio de color en una señal eléctrica. Para esta sencilla prueba de concepto, se utiliza un papel de prueba de pH que cambia de rojo a verde para valores de pH de 1 a 9. Cuando se utiliza una sola corriente de salida de fotodiodo de silicio, tales diferencias de color no son detectables. Las curvas espectrales de los papeles de prueba del pH bajo la misma iluminación medida por un espectrómetro pueden distinguir los diferentes colores presentando diferentes posiciones de pico. Sin embargo, este método no sólo requiere un equipo voluminoso sino que también genera información espectral que es redundante para las aplicaciones de detección. La respuesta del dispositivo de gradiente de intervalo de banda puede distinguir claramente entre los distintos valores de pH. Por lo tanto, el dispositivo de percepción del color logra efectivamente la detección química/biográfica colorimétrica con un solo dispositivo y generando sólo una o dos señales de corriente.
«Creemos que las estructuras de gradiente de banda con altos grados de control pueden ser logradas por otras tecnologías de fabricación con parámetros de procesamiento que pueden producir un gradiente. Los dispositivos de percepción del color con un rendimiento excelente, un tamaño pequeño y una estructura integrable se conseguirían optimizando aún más la selección del material optoelectrónico y el diseño de la estructura de gradiente de separación de bandas. Este dispositivo puede utilizarse en píxeles de percepción del color, que pueden ser más simplificados que los dispositivos existentes que contienen varios fotodetectores y filtros ópticos. Se pueden producir sensores multifuncionales combinando dispositivos con materiales que respondan a los estímulos para detectar estímulos físicos, químicos y biológicos mediante una comparación de colores y espectros. Por lo tanto, este trabajo proporciona una nueva categoría de dispositivos optoelectrónicos que son capaces de proyectar el espectro y percibir el tono, abriendo así una gama de aplicaciones relacionadas con el color”, pronostican los científicos.
Créditos de imágenes: by Mei-Na Zhang, Xiaohan Wu, Antoine Riaud, Xiao-Lin Wang, Fengxian Xie, Wen-Jun Liu, Yongfeng Mei, David Wei Zhang and Shi-Jin Ding
