کوانتوم مسیر تولید حسگرهای ارزان را هموار می کند

محققان دانشگاه شیکاگو پیشرفت های پیشگامانه ای را در زمینه فناوری مادون قرمز نشان دادند که می تواند به زودی به تولید سنسورهای مقرون به صرفه منجر شود.

به گزارش تکناک، نقاط کوانتومی کلوئیدی نانوبلورهای نیمه هادی پراکنده در یک محلول مایع هستند که بسته به اندازه خود رنگ های مختلفی را منتشر می کنند و در ابزارهای امروزی رایج هستند.

کارایی، مقرون به صرفه بودن و سهولت ساخت آنها را در کاربردهایی مانند تلویزیون محبوب کرده است، جایی که نور مرئی نتیجه آن است.

فیلیپ گایوت سیونست، استاد فیزیک و شیمی در دانشگاه شیکاگو، و تیمش در حال بررسی امکان استفاده از نقاط کوانتومی برای ایجاد نور مادون قرمز بوده‌اند.

نور مادون قرمز، یک جزء حیاتی در حسگرها، به تشخیص گازهای مضر خروجی خودروها و وجود گاز متان در انتشارات کارخانه‌های حفاری کمک می‌کند. سنسور های دستگاه تنفسی نیز به همین روش کار می کنند.

این لیزرهای مادون قرمز در حال حاضر از طریق روشی به نام اپیتاکسی مولکولی ساخته می‌شوند که روشی کاملاً ثابت و مؤثر است، اما با هزینه‌های سنگین و نیروی کار فراوان نیاز دارد.

ژینگیو شن، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در دانشگاه شیکاگو گفت: روشی مقرون به صرفه و با استفاده آسان برای ساخت نور مادون قرمز با نقاط کوانتومی می تواند بسیار مفید باشد. شن و دانشجوی تحصیلات تکمیلی آنانت کامات، دیگر نویسندگان این مطالعه جدید هستند که در مجله Nature Photonics منتشر شده است.

این مطالعه با استفاده از منابع مرکز علوم و مهندسی تحقیقات دانشگاه شیکاگو و تاسیسات نانوساخت پریتزکر انجام شد.

آبشاری از طریق سطوح انرژی

تیم تحقیقاتی با تکیه بر تجربه گسترده خود در نقاط کوانتومی و فناوری مادون قرمز، به دنبال دستیابی به تکنیک “آبشار” بودند که قبلاً با نقاط کوانتومی کلوئیدی دست نیافتنی بود.

این تکنیک «آبشار» شامل عبور جریان الکتریکی از طریق یک دستگاه است که باعث می‌شود میلیون‌ها الکترون در سراسر آن حرکت کنند.

هنگامی که معماری دستگاه به خوبی تنظیم می شود، الکترون ها از طریق یک سری سطوح انرژی مجزا سقوط می کنند، شبیه به پایین آمدن از یک آبشار. در هر سطح، الکترون ها انرژی را به صورت نور ساطع می کنند.

آنها یک جوهر متراکم متشکل از تریلیون ها نانو کریستال ایجاد کردند و آن را روی سطح پخش کردند.

هنگامی که یک جریان الکتریکی از این سطح فرستاده شد، تیم یک نتیجه غیر منتظره مثبت را مشاهده کرد.

کامات مشتاقانه گفت: ما فکر می کردیم که احتمالاً کار می کند، اما واقعاً از اینکه چقدر خوب کار می کند شگفت زده شدیم. در همان لحظه، از اولین باری که آن را امتحان کردیم، نور را دیدیم.

در حال حاضر عملکرد این نقاط به منابع نور مادون قرمز تجاری موجود نزدیک است، و ما دلایلی داریم که باور کنیم می توانیم آن را به میزان قابل توجهی بهبود بخشیم.

اقیانوسی از امکانات

پیامدهای این روش جدید بسیار گسترده است. توانایی جدید ایجاد نور مادون قرمز با استفاده از نقاط کوانتومی کلوئیدی می تواند عصر جدیدی از لیزرها و حسگرهای مادون قرمز مقرون به صرفه را آغاز کند و هزینه های تولید و عملیاتی را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

کامات خاطرنشان کرد که این کشف به عنوان یک مثال برجسته از پتانسیل نقاط کوانتومی است. او افزود: کاربردهای زیادی را می توان با مواد دیگر به دست آورد، اما این معماری واقعاً فقط به دلیل مکانیک کوانتومی کار می کند.

من فکر می‌کنم که نتایج اخیر این زمینه را به روشی واقعاً جالب به جلو می‌برد.