ثبت نور مرئی و نامرئی توسط دوربین کوانتومی

به گزارش کلیک، برای اولین بار دانشمندان موسسه علوم فوتونیک ICFO موفق به طراحی حس گرهای ثبت تصویری شده اند که قادر به ثبت امواج مادون قرمز، امواج فرا بنفش و نور مرئی به صورت هم زمان است. برای ساخت این نوع حس گرهای از موادی بسیار عادی از جمله نقاط کوانتومی گرافنی استفاده شده است.

هر دو این مواد یعنی گرافن و کوانتوم در کاربردهای بسیار زیادی استفاده شده اند و هنگامی که این دو ماده در کنار یکدیگر قرار می گیرند، حتی در کاربردهای بسیار زیادتر می توانند مورد استفاده قرار گیرند. اما برای کاربرد در دوربین هایی که قادر به مشاهده و ثبت امواج مادون قرمز، فرا بنفش و نور مرئی هستند دانشمندان به جای استفاده از نقاط کوانتومی که از گرافن تشکیل شده اند، از فلز و در واقع نقاط کوانتومی کلوئیدی PBS بر روی یک ورق از گرافن استفاده کرده اند. این سیستم هیبریدی سپس بر روی یک مکمل نیمه هادی اکسید فلزی CMOS قرار گرفته است. تمام این اجزا سپس بر روی حس گرهای تصویری و مدار read-out متصل شده اند.

نتیجه پایانی در واقع تولید نوعی حسگر های قوی تصویری است که قادر به ثبت گستره بزرگی از طول موج ها از طول موج فرابنفش که ۳۰۰ nm است گرفته تا طیف نورهای مرئی و طول موج مادون قرمز که معادل ۲۰۰۰ nm است. محققان بر این باورند که این اولین باری است که حس گرهای تصویری ساخته می شوند که قادر به تشخیص نور موجود در طیف رنگی به صورت هم زمان است.

گراسیموس کونستانتاتوس یکی از محققان فعال در این پروژه در خصوص این حس گرها گفته است، در این پروژه نقاط کوانتومی به نحوی مهندسی شده اند که قادر به ثبت امواج مادون قرمز با طول موج کوتاه در طیف نوری از ۱۱۰۰ تا ۱۹۰۰ nm هستند. در واقع این نقاط قادر به ثبت نور در فضای اتمسفر حتی در آسمان بسیار تاریک تا آسمان بسیار روشن هستند. همچنین به عقیده وی، انجام این پروژه نشان می دهد می توان ترانزیستورهای تصویری طراحی کرد که نه تنها حساسیت بسیار بالایی نسبت به انواع مختلف طول موج دارند بلکه از نظر قیمت بسیار به صرف هستند. همچنین از این حس گرها می توان در شرایط معمولی نیز استفاده کرد که این موضوع می تواند کمک بسیار بزرگی برای فروش حس گرهای مادون قرمز در بازار با شرایط کنونی یعنی کمبود چنین حس گرهایی، باشد.

پیش از این سیستم های CMOS به راحتی نمی توانستند با نیمه رساناهایی به غیر از سیلیکون تلفیق و یکپارچه سازی شوند و موفقیت دانشمندان ICFO در تولید نقاط کوانتومی بر روی گرافن در واقع به عنوان اولین موفقیت در تولید حس گرهای نسل جدید خواهد بود. این تیم تحقیقاتی همچنین در خصوص قابلیت های این سیستم به این نکته اشاره رده است که چون اولاً تولید این حس گرها مقرون به صرفه است و به شرایط نگهداری خاصی نیاز ندارد و می توان آن ها را در اتاق معمولی نیز نگهداری کرد بنابراین می توان آن ها در مقیاس بسیار بزرگ تولید کرد و به مصرف تجاری رساند.

در واقع توسعه و ساخت این نوع حسگر های تصویری یکپارچه مبتنی بر CMOS نقطه عطفی است برای تولید سیستم های تصویری با کیفیت بالا که تأثیر بسیار زیادی در آینده صنعت تصویر برداری و صنایع وابسته به آن خواهد داشت. به طور کلی تکنولوژی CMOS در کاربردهای بسیار گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد که از آن جمله می توان به مواردی از قبیل امنیت، تولید دوربین های ارزان قیمت جیبی و همچنین دوربین های بکار رفته در گوشی های تلفن همراه هوشمند اشاره کرد. از جمله کاربردهای دیگر تکنولوژی CMOS استفاده در سیستم کنترل حریق، دوربین های دید در شب، سیستم حس گرهای خودرو، تصویر برداری پزشکی، کنترل محیط کارخانه ‌های تولید دارو و غذا و غیره اشاره کرد.

نتایج تحقیقات این دانشمندان در مجله Nature Photonics به چاپ رسیده است.