Los científicos crean puntos cuánticos no tóxicos para sensores de imágenes infrarrojas de onda corta

Acercarse / Viales de puntos cuánticos con emisión que varía gradualmente del violeta al rojo intenso.

Los sensores de luz infrarroja de onda corta (SWIR) son deseables en una amplia gama de aplicaciones, particularmente en los sectores de robótica de servicios, automoción y electrónica de consumo. Los puntos cuánticos coloidales sintonizables por SWIR son prometedores para este tipo de sensores, ya que pueden integrarse fácilmente en CMOS, pero su uso generalizado en el mercado se ve obstaculizado por el hecho de que la mayoría de ellos contienen metales pesados ​​tóxicos como plomo o mercurio. Ahora un equipo de científicos ha fabricado puntos cuánticos a partir de materiales no tóxicos y los ha probado en un fotodetector a escala de laboratorio, según uno de los investigadores. artículo reciente Publicado en Fotónica de la Naturaleza.

«La luz SWIR para la detección y la obtención de imágenes es de suma importancia debido a sus propiedades únicas», escribieron los autores. «Es seguro para los ojos; puede penetrar la niebla, la neblina y otras condiciones climáticas, lo que permite obtener imágenes en condiciones climáticas adversas para aplicaciones automotrices, de detección ambiental y de detección remota; la presencia de brillo nocturno en el rango SWIR permite la visión nocturna pasiva; y las imágenes ópticas combinadas con la espectroscopia infrarroja permiten la visión artificial, la bioimagen y la inspección de la calidad de los alimentos y procesos”, entre otras aplicaciones.

Como se mencionó anteriormente, un punto cuántico es un pequeño grano semiconductor con un diámetro de unas pocas decenas de átomos. Se pueden poner miles de millones de dólares en la cabeza de un alfiler, y cuanto más pequeño, mejor. En esas pequeñas escalas, los efectos cuánticos entran en acción y otorgan a los puntos propiedades eléctricas y ópticas superiores. Brillan intensamente cuando se les ilumina con luz, y el color de esta luz está determinado por el tamaño de los puntos cuánticos. Los puntos más grandes emiten una luz más roja; Los puntos pequeños emiten una luz más azul. De modo que es posible adaptar los puntos cuánticos a frecuencias de luz específicas simplemente cambiando su tamaño.

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Los puntos cuánticos, que alguna vez se consideraron imposibles de fabricar, se han convertido en un componente popular en monitores de computadora, pantallas de televisión y LED, entre otros usos. Por ejemplo, los puntos cuánticos permiten a los fabricantes de televisores ajustar los colores emitidos, produciendo colores más precisos en una gama más amplia, todo ello con menos electricidad. Es útil como sustituto Se han incorporado tintes orgánicos utilizados para etiquetar agentes reactivos en biosensores basados ​​en fluorescencia en ventanas de vidrio para convertirlas esencialmente en células fotovoltaicas, potencialmente recolectando pequeñas cantidades de energía solar para compensar los costos de energía del hogar.

En 2013, los físicos alemanes construyeron… Ecuación empírica El demonio de Maxwell con un par de puntos cuánticos que interactúan. En 2015, los científicos Hacer “puntos de orina” cuánticos. A partir de orina reciclada y utilizada para obtener imágenes de células vitales de ratón. Las aplicaciones futuras pueden incluir la incorporación de puntos cuánticos en electrónica flexible, pequeños sensores y células solares o su uso en sistemas de comunicaciones cuánticas cifradas.

Yongjie Wang (BIST) y Julian Schreyer (QURV) sostienen una solución de muestra de puntos cuánticos, un fotodetector SWIR y un sensor de imagen.
Acercarse / Yongjie Wang (BIST) y Julian Schreyer (QURV) sostienen una solución de muestra de puntos cuánticos, un fotodetector SWIR y un sensor de imagen.

Los autores de este último artículo provienen del Instituto de Ciencia y Tecnología de Barcelona (BIST) y Corve Technologies en España. El equipo del BIST estaba buscando formas de fabricar nanocristales de telururo de bismuto de plata para dispositivos fotovoltaicos y notó que el telururo de plata era uno de los subproductos. El telururo de plata tenía propiedades ideales para los puntos cuánticos coloidales, sobre todo la sintonizabilidad. Entonces el equipo cambió de rumbo y desarrolló un proceso para crear puntos cuánticos a partir de telururo de plata.

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Los puntos cuánticos resultantes tenían una buena distribución de tamaños y eran sintonizables en un amplio rango espectral, incluido SWIR. El siguiente paso fue integrar esos puntos cuánticos en un fotodetector a escala de laboratorio. Alejar la configuración típica de un dispositivo ha sido un desafío, ya que uno de los dispositivos ilumina la parte inferior de la mayoría de los dispositivos a escala de laboratorio, mientras que los kits CQD integrados con CMOS incluyen una luz brillante desde la parte superior, con la electrónica CMOS en la parte inferior. El primer intento tuvo sólo un éxito moderado porque el fotodiodo resultante no funcionó como se esperaba en el rango SWIR.

Los investigadores del BIST rediseñaron el sensor con una capa aislante adicional para solucionar el problema, produciendo un sensor SWIR más eficaz. Luego colaboraron con los científicos de Korf para construir un sensor de imagen SWIR de prueba de concepto hecho de puntos cuánticos no tóxicos operables a temperatura ambiente. Pudieron tomar imágenes de obleas de silicio en movimiento bajo luz SWIR y mirar dentro de botellas de plástico opacas bajo luz visible. El siguiente paso es rediseñar la matriz de capas para mejorar el rendimiento de los fotodiodos, así como explorar otras químicas de superficies.

Fotónica Natural, 2024. DOI: 10.1038/s41566-023-01345-3 (Acerca de las identificaciones digitales).

Puntos cuánticos no tóxicos para sensores de imagen infrarroja CMOS de onda corta para electrónica de consumo.

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