Investigadores de la universidad australiana RMIT han logrado desarrollar un fotodetector ultrafino y con la capacidad de captar el espectro completo de la luz. Este salto tecnológico en el campo de la fotodetección abre el camino al desarrollo de detectores de movimiento más eficaces, captación de imágenes con poca luz o una comunicación de fibra óptica potencialmente más rápida. Asimismo, en el campo de la imagen biomédica, permitiría obtener detecciones tempranas de enfermedades como el cáncer al tener una mayor precisión de detección de células cancerosas durante la radioterapia.
Los fotodetectores funcionan convirtiendo la información transportada por la luz en una señal eléctrica y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones y tecnologías, desde las consolas de videojuegos hasta la comunicación por fibra óptica, las imágenes médicas o la detección de movimiento. Actualmente esos fotodetectores no pueden detectar más de un color por dispositivo, lo que ha hecho que no se pueda avanzar hacia dispositivos más pequeños y rápidos, como los conseguidos por los chips de silicio en los que se integra.
El nuevo e “hipereficiente” fotodetector de banda ancha desarrollado por investigadores del RMIT es 1.000 veces más delgado que el más pequeño dispositivo fotodetector disponible en el mercado. Además el prototipo también puede captar un amplio espectro de la luz, entre el ultravioleta y el infrarrojo cercano, abriendo nuevas oportunidades para integrar componentes electrónicos y ópticos en el mismo chip. Todos los detalles de este desarrollo fueron publicados recientemente en “Advances Materials”.
“En las tecnologías de fotodetección hacer un material más delgado generalmente se hace a expensas del rendimiento. Hemos logrado diseñar un dispositivo que tiene un poderoso ‘punch”, a pesar de ser más delgado que un nanómetro, que es aproximadamente un millón de veces más pequeño que el ancho de la cabeza de un alfiler”, declaró el autor principal el estudio, Vaishnavi Krishnamurthi. “El desarrollo de fotodetectores más pequeños puede conducir, por ejemplo, a una mayor precisión en la detección de células cancerosas durante la radioterapia, así como el diseño de sistemas de imágenes médicas más pequeños y portátiles en comparación con los voluminosos equipos que tenemos hoy en día».
Salto tecnológico en el campo de la detección de luz
La versatilidad y utilidad de los fotodetectores dependen en gran medida de tres factores: su velocidad de funcionamiento, su sensibilidad a niveles más bajos de luz y la cantidad del espectro que pueden percibir. Normalmente, cuando los ingenieros han intentado mejorar las capacidades de un fotodetector en una de esas áreas, al menos una de las otras capacidades ha sido disminuida.
La tecnología actual de los fotodetectores se basa en una estructura apilada de tres o cuatro capas, haciendo por tanto que sean más voluminosos y no pudiendo desprenderse de ninguna capa sin comprometer la calidad. Los investigadores del RMIT desecharon este modelo “apilado” y descubrieron cómo utilizar una capa fina de tamaño nanométrico, un solo átomo de grosor. en un chip. Lo importante es que lo hicieron sin disminuir la velocidad del fotodetector, la sensibilidad a la luz baja o la visibilidad del espectro.
El prototipo puede interpretar la luz que va desde el ultravioleta profundo hasta las longitudes de onda del infrarrojo cercano, haciéndola sensible a un espectro más amplio que el ojo humano. “Y lo hace más de 10.000 veces más rápido que el parpadeo de un ojo”, señalan los investigadores.
El equipo utilizó el monosulfuro de estaño para asegurar que las propiedades electrónicas y ópticas no se deterioraran cuando el fotodetector se redujera. Este se trata de un material de bajo costo y abundante, lo que lo hace atractivo para la electrónica y la optoelectrónica.
“El material permite que el dispositivo sea extremadamente sensible en condiciones de poca luz, lo que lo hace adecuado para la fotografía con poca luz en un amplio espectro. Con un mayor desarrollo, podríamos estar buscando aplicaciones que incluyan una detección de movimiento más efectiva en las cámaras de seguridad durante la noche y un almacenamiento de datos más rápido y eficiente”, concluye el también autor del estudio Sumeet Walia.
Créditos de imágen de portada: RMIT University
