Нанотрубки научились видеть свет

Исследователи Национальной Лаборатории Sandia National Laboratories, расположенной в Ливерморе, штат Калифорния, сообщили о разработке первого устройства, реагирующего на полный спектр оптического диапазона электромагнитных волн. Как и многие уникальные приборы, разработанные с применением нанотехнологий, новинка основана на углеродных нанотрубках. Область применения детектора чрезвычайно широка: ячейки солнечных батарей с рекордной высокой эффективностью, цифровые фотокамеры, способные работать даже при очень низкой освещенности, искусственная сетчатка и пр.

Более ранние исследования приводили к разработке устройств на основе нанотрубок, способных работать со светом весьма узкого диапазона длин волн, в том числе и ультрафиолета. Но до сих пор еще ни кому не удавалось создать прибора, реагирующего на весь спектр оптического диапазона электромагнитных волн. Это достижение сразу же было отмечено многими физиками и исследователям, заявившими о прорыве в области оптоэлектроники.

Фотография углеродной нанотрубки длиной два микрометра и шириной один нанометр. Именно на основе таких конструкций и будут изготавливать сенсоры, солнечные элементы нового поколения. Фото:  www.3dnews.ru.

Главное достижение исследователей заключается в применении особого типа молекул, которые способны изменять свою форму при воздействии света определенного диапазона длин волн. Соединенные с углеродными нанотрубками такие молекулы, изменяя собственную форму, приводят к изменению электронной проводимости нанотрубок. Измерение последней и позволяет получить информацию о интенсивности света. Для того, чтобы с помощью такой конструкции создать детектор оптического излучения широкого диапазона, необходимо применение нескольких модификаций светочувствительных молекул, реагирующих на красный, зеленый и синий свет. Как мы знаем, подобная «технология» используется в случае светочувствительных клеток сетчатки глаза человека.

На данный момент исследования еще очень далеки от логического завершения, однако уже сейчас видны сильные стороны углеродных нанотрубок. С их помощью ученые могут создавать детекторы высочайшего разрешения, ведь диаметр поперечного сечения нанотрубок составляет всего лишь несколько нанометров. Более того, так как площадь пучка светочувствительных элементов может быть очень небольшой, то появляется возможность фокусировки света на очень небольшой площади, что повышает светочувтсвительность сенсоров. У такого подхода есть и другое существенное достоинство. Детекторы на основе углеродных нанотрубок можно формировать на гибкой полимерной подложке, что делает их дешевыми в изготовлении и абсолютное безвредными для организма человека. Последний факт особенно важен в случае использования сенсоров в качестве искусственной сетчатки.

В данный момент ученые решают задачу разработки дешевой и быстрой технологии формирования массива углеродных нанотрубок и нанесения тончайшего слоя светочувствительного материала. Пока процесс создания уникальных фотосенсоров слишком долог, дорогостоящ, но самое главное, пока не удается сформировать равномерного массива нанотрубок и слоя хромоморфного материала. Это приводит к значительному снижению эффективности устройств, которые пока не готовы для полномасштабного применения в технике, электронике и медицине.

Информация с сайта www.3dnews.ru со ссылкой на Technology Review.

Автор оригинального текста: Александр Бакаткин.