Физика

Китайские исследователи разработали интегрированный на чипе поляризационный фотодетектор. Для его создания пришлось разработать новый метод — нанопечатную кристаллизацию.

Поляризационный фотодетектор (pol-PDs) — устройство, измеряющее характеристики света, связанные с его поляризацией. Поляризация описывает направление колебаний электрического поля световой волны. Эта информация важна для анализа свойств взаимодействующих со светом объектов.

Пример использования поляризации — солнечные очки с поляризационными линзами. Они блокируют часть солнечного излучения и уменьшают блики на воде, окнах и других отражающих поверхностях за счет специального покрытия, отсекающего свет с определенным направлением поляризации.

Поляризационные фотодетекторы используют в геологическом дистанционном зондировании, машинном зрении и медицине. Однако такие устройства обычно требуют громоздких и сложных оптических компонентов, что мешает интегрировать их в уже существующие приборы и технологические цепочки.

Поляризационная визуализация обладает множеством преимуществ: она позволяет проводить многомерное обнаружение, обеспечивать высокую точность, контрастность и эффективно работать в условиях, затрудненных туманом. Поэтому исследователи ищут способы уменьшения поляризационных фотодетекторов.

Команда физиков вдохновилась способностью пустынных муравьев-бегунков рода Cataglyphis различать поляризацию света. Благодаря этой особенности муравьи могут возвращаться в свои гнезда, ориентируясь по дневному небу, даже если на их пути нет физических ориентиров. Их сложные фасеточные глаза позволяют воспринимать поляризованное излучение солнца.

Исследователи воспроизвели эту способность в своем поляризационном фотодетекторе. Они использовали метод одноэтапной нанопечатной кристаллизации, чтобы изготовить высококристаллическую перовскитную однослойную пленку с массивами решеток, ориентированных в четырех направлениях.

Их новый метод и биологически вдохновленная структура поверхности позволили создать компактный поляризационный фотодетектор, который обеспечивает запись данных за один цикл и формируется прямо на чипе со всеми необходимыми элементами для обработки информации. В результате прибор не требует дополнительных оптических компонентов для работы с поляризацией. Исследование, выполненное под руководством профессора Ли Минчжу (Li Mingzhu), опубликовано в журнале Science Advances.

Кроме того, нанопечатная кристаллизация может стать универсальным подходом к созданию узорчатых перовскитных однослойных пленок с высокой оптоэлектронной производительностью и улучшенной способностью управления светом. Эта технология открывает возможность создавать другие биологически вдохновленные поляризационные фотодетекторы.