مطابق مطالعات جدید UC San Diego، شکل نانوسیم‌های نیمه‌هادی، آنها را در آشکارسازی نور بی‌همتا می‌کند.
چرا نانو سیمها آشکارسازهای نوری مناسبی می سازند؟
مطابق مطالعات جدید UC San Diego، شکل نانوسیم‌های نیمه‌هادی، آنها را در
آشکارسازی نور بی‌همتا می‌کند.
نانوسیمها، الیاف بلورین در حدود یک صدم پهنای موی انسان هستند و خواص ذاتی
آنها، استفاده از آنها را در کاربردهایی نظیر آشکارسازهای نوری جدید، حسگری،
تصویربرداری، ذخیره حافظه، ارتباطهای نوری درون تراشه‌ای و کاربردهای دیگر
در مقیاس نانو فراهم می‌کند.
مهندسان UCSD نشان دادند که چرا مساحت سطحی زیاد، حجم کوچک و طول کوتاه
نانو سیمها، آنها را آشکارسازهای نوری بی‌نهایت حساس‌تری نسبت به
آشکارسازهای نوری بزرگتر از همان جنس ساخته است. برای اینکه نانوسیمها به
عنوان آشکارسازهای نوری عمل کنند باید فوتون‌هایی از نور با انرژی کافی به
نحوی به نانوسیمها برخورد کنند که الکترون‌ها از حفرههای با بار مثبت جدا
شوند. الکترون‌ها برای اینکه بتوانند در اثر اعمال میدان الکتریکی در طول
مسیر نانوسیمها به سرعت حرکت و جریان تولید کنند، باید تا حد امکان دور و
آزاد از تاثیر حفره‌ها باشند.
پژوهشهای جدید نشان می‌دهند که شکل
هندسی نانوسیمها- نسبت سطح به حجم زیاد- آنها را بطور ذاتی برای بدام‌اندازی
حفره‌ها مناسب می‌سازد. پیوندهای معلق موجود در سطح وسیع نانوسیمها، حفره‌ها
را بدام می‌اندازند و بدین ترتیب زمان ترکیب مجدد الکترون و حفره را افزایش
می‌دهند. تاخیر در بهم پیوستگی الکترون‌ها و حفره‌ها موجب افزایش تعداد
دفعات انتقال الکترون در نانوسیم می‌شود که به نوبه خود باعث افزایش جریان
شده و به “بهره هدایت نوری درونی”منجر می‌شود.
مطالعات تئوری نشان می‌دهند که هدایت نوری در نانوسیها می‌تواند تا ده
برابر بیشتر از ساختارهای مشابه حجیم با سطح آشکارسازی یکسان باشد. در یک
کار جدید پالسهای کوتاه نور UV (صدها فمتوثانیه) با محدوده زمانی نانو
ثانیه شناسایی شدند. علاوه‌براین، مهندسان موفق شدند با استفاده از اندازه‌گیری
الکترونیکی جریان نوری، به بهره هدایت نوری درونی تا حد ۱۰۸ دست یابند.
اگر چه آشکارسازهای نانوسیمی بهره و سرعت بالایی دارند اما مهم‌ترین مزیت
این ابزارها، نسبت سیگنال به نویز یا حساسیت بالای آنها است. بدلیل شکل بی‌نظیر
نانوسیمها، حجم فعالی که جریان تاریک تولید می‌کند و منبع نویز است، تنها
یک صدم یک آشکارساز نوری با اندازه معمولی می‌باشد که این سبب حساسیت بیشتر
آشکارسازهای نانوسیمی می‌شود و نشان می‌دهد که نور بطور موثری در نانوسیمها
بدام افتاده است.
این پژوهشگران همچنین نشان دادند که ملکول‌های اکسیژن جذب شده در سطح
نانوسیم‌های اکسید روی الکترون‌های آزاد موجود در نانوسیم‌های اکسید روی
نوع n را گرفته و به آنها در نگهداری مجزای الکترون‌ها و حفره‌ها کمک می‌کنند.
آنها با استفاده از نانوسیم‌های اکسید روی آشکارسازهای UV با قطر ۱۵۰-۳۰۰
نانومتر و طول ۱۰-۱۵ میکرومتر ساخته و ویژگی آنها را بررسی کردند. این
محققان هدایت نوری نانوسیم‌های اکسید روی را در محدوده زمانی زیاد و در هر
دو محیط هوا و خلاء مطالعه کردند. نتایج این کار در شماره اخیر نشریه Nano
Letters چاپ شده است.
