Istraživač sa Univerziteta Centralne Floride Debashis Chanda, profesor u NanoScience tehnološkom centru, razvio je novu tehniku za otkrivanje fotona – elementarnih čestica koje se protežu od vidljive svjetlosti do radio frekvencija i koje su ključne u prenošenju ćelijske komunikacije.
Napredak bi mogao da dovede do preciznijih i efikasnijih tehnologija u različitim oblastima, od poboljšanja medicinskog snimanja i komunikacionih sistema do unapređenja naučnih istraživanja, pa čak i potencijalnog jačanja bezbednosnih mera.
Detekcija fotona se obično oslanja na promenu/modulaciju amplitude napona ili struje. Ali Chanda je razvio način da detektuje fotone modulacijom frekvencije oscilacionog kola, utirući put za ultra-osetljivo detekciju fotona.
Čandina metoda koristi poseban materijal za promenu faze (PCM) koji menja svoj oblik kada ga svetlost dodirne, stvarajući električni ritam koji ostaje stabilan, ili stabilnu oscilaciju električnog kola. Kada svetlosni foton udari u materijal, menja brzinu kretanja ritma ili pomera frekvenciju oscilovanja. Koliko se ritam menja zavisi od toga koliko je svetlo svetlo, slično kao što čovekov glas menja zvuk na radiju.
Novi razvoj je nedavno objavljen u Advanced Functional Materials.
Dugotalasna infracrvena (LVIR) detekcija u opsegu talasnih dužina od 8 do 12 mikrometara je izuzetno važna u astronomiji, nauci o klimi, analizi materijala i bezbednosti. Međutim, LVIR detekcija na sobnoj temperaturi je dugogodišnji izazov zbog niske energije fotona.
LVIR detektori koji su trenutno dostupni mogu se široko kategorisati u dva tipa: hlađeni i nehlađeni detektori, pri čemu oba imaju svoja ograničenja.
Dok hlađeni detektori nude odličnu detektivnost, zahtevaju kriogeno hlađenje – što ih čini skupim i ograničava njihovu praktičnu korisnost. S druge strane, nehlađeni detektori mogu da rade na sobnoj temperaturi, ali pate od niske detektivnosti i sporog odziva zbog veće toplotne buke svojstvene radu na sobnoj temperaturi. Jeftin, veoma osetljiv, brz infracrveni detektor/kamera nastavlja da se suočava sa naučnim i tehnološkim izazovima.
Ovo je glavni razlog zašto se LVIR kamere ne koriste široko osim u Ministarstvu odbrane i aplikacijama specifičnim za svemir.
„Za razliku od svih postojećih šema za detekciju fotona u kojima snaga svetlosti menja amplitudu napona ili struje (amplitudna modulacija—AM), u predloženoj šemi udarci ili incidenti fotona moduliraju frekvenciju oscilacionog kola i detektuju se kao pomeranje frekvencije, nudeći inherentnu robusnost zvukovima, koji su AM po prirodi“, kaže Čanda.
„Naš pristup zasnovan na FM-u daje izvanrednu snagu ekvivalentnu buci sobne temperature, vreme odziva i detektivnost“, kaže Čanda. „Ovaj opšti koncept detekcije fotona zasnovan na FM može se primeniti u bilo kom spektralnom opsegu na osnovu drugih materijala za promenu faze.“
„Naši rezultati predstavljaju ovaj novi detektor zasnovan na FM tehnologiji kao jedinstvenu platformu za kreiranje jeftinih, visokoefikasnih nehlađenih infracrvenih detektora i sistema za snimanje za različite aplikacije kao što su daljinsko ispitivanje, termalna slika i medicinska dijagnostika“, kaže Čanda. „Čvrsto verujemo da se performanse mogu dodatno poboljšati odgovarajućim pakovanjem u industrijskom obimu.“
Ovaj koncept koji je razvila Chanda grupa obezbeđuje promenu paradigme ka visoko osetljivoj, nehlađenoj LVIR detekciji jer šum ograničava osetljivost detekcije. Ovaj rezultat obećava novu nehlađenu LVIR šemu detekcije koja je visoko osetljiva, niske cene i može se lako integrisati sa elektronskim kolom za očitavanje, bez potrebe za složenom hibridizacijom.
