Категории: Новости

Инженеры создали «невозможный» датчик света с эффективностью 200%

Ученые создали датчик, который преобразует свет в электрический сигнал с поразительной эффективностью в 200 процентов — кажущаяся невозможной цифра, которая была достигнута благодаря странностям квантовой физики.

Такова чувствительность устройства. известный как фотодиод, команда, ответственная за его инновацию, говорит, что потенциально может быть использована в технологии, которая отслеживает жизненные показатели человека (включая сердцебиение или частоту дыхания) без необходимости вставлять что-либо или даже прикреплять к телу.

Эффективность фотодиода обычно измеряется количеством доступных световых частиц, которые он может преобразовать в электрические сигналы. Здесь ученые говорят о чем-то тесно связанном, но немного более конкретном: выходе фотоэлектронов или количестве электронов, генерируемых фотонами, попадающими на датчик.

Выход фотоэлектронов фотодиода определяется его квантом эффективность — существенная способность материала производить частицы, несущие заряд, на фундаментальном уровне, а не количество вырабатываемой электроэнергии.

«Это звучит невероятно, но мы не говорим об этом. Здесь речь идет об обычной энергоэффективности», — говорит инженер-химик Рене Янссен из Технологического университета Эйндховена в Нидерландах.

«В мире фотодиодов важна квантовая эффективность. Вместо общего количества солнечной энергии , он подсчитывает количество фотонов, которые диод преобразует в электроны».

В качестве отправной точки команда работала над устройством, которое сочетало в себе два типа элементов солнечной панели: перовскитные и органические. Укладывая клетки таким образом, что свет, пропущенный одним слоем, улавливается другим, исследователи достигли 70-процентной квантовой эффективности.

Чтобы увеличить этот показатель, был введен дополнительный зеленый свет. Датчик также был оптимизирован, чтобы улучшить его способность фильтровать различные типы света и вообще не реагировать на свет. Это привело к тому, что квантовая эффективность фотодиода превысила 200 процентов, хотя на данном этапе точно не ясно, почему происходит такое повышение.

Ключом может быть то, как фотодиоды производят ток. Фотоны возбуждают электроны в материале фотодиода, заставляя их мигрировать и создавая накопление заряда. Исследователи предполагают, что зеленый свет может высвобождать электроны на одном слое, которые преобразуются в ток только тогда, когда фотоны сталкиваются с другим слоем.

Исследователь Риккардо Олеаро показывает, как фотодиод (справа) улавливает сигнал с пальца. (Фото: Барт ван Овербике)

«Мы считаем, что дополнительный зеленый свет приводит к накоплению электронов в слое перовскита», — говорит инженер-химик Риккардо Олеаро из Эйндховенского университета. технологии. «Это действует как резервуар зарядов, который высвобождается, когда инфракрасные фотоны поглощаются органическим слоем».

«Другими словами, каждый инфракрасный фотон, который проходит и превращается в электрон, получает компанию от бонусный электрон, что приводит к эффективности 200 процентов или более».

Более эффективный фотодиод также является более чувствительным фотодиодом, который лучше способен наблюдать очень небольшие изменения в свете на больших расстояниях. Это возвращает нас к измерению частоты сердечных сокращений и уровня дыхания.

Используя сверхтонкий фотодиод, который в сто раз тоньше листа газеты, исследователи измерили небольшие изменения в инфракрасном свете, отраженном от пальцем с расстояния 130 сантиметров (51,2 дюйма). Было показано, что это соответствует артериальному давлению и частоте сердечных сокращений, как это делает датчик умных часов, но работает через стол.

С помощью аналогичной настройки команда измерила частоту дыхания при легких движениях грудной клетки. Здесь есть потенциал для всех видов мониторинга и медицинских целей, если технология может быть успешно развита из лабораторной стадии.

«Мы хотим посмотреть, сможем ли мы еще больше улучшить устройство, например, сделав его быстрее. «, — говорит Янссен. «Мы также хотим выяснить, можем ли мы клинически протестировать устройство».

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Виктория Ветрова

Космос полон тайн...

Недавние Посты

Самая известная теория Эйнштейна только что преодолела самый большой вызов за всю историю

Математика, которую Альберт Эйнштейн разработал для описания гравитационного механизма физической Вселенной в начале 20 века,…

21.11.2024

Почти треть всех звезд может содержать остатки планет, подобных Земле

В последние годы астрономы разработали методы измерения содержания металлов в звездах с чрезвычайной точностью. Обладая…

20.11.2024

Новая технология печати ДНК может произвести революцию в том, как мы храним данные

Какими бы эффективными ни были электронные системы хранения данных, они не имеют ничего общего с…

19.11.2024

У этого странного кристалла две точки плавления, и мы наконец знаем, почему

В 1896 году немецкий химик Эмиль Фишер заметил нечто очень странное в молекуле под названием…

19.11.2024

Ученые впервые раскрыли форму короны черной дыры

Если вам посчастливилось наблюдать полное затмение, вы наверняка помните ореол яркого света вокруг Луны во…

19.11.2024

Ученые обнаружили галактики-монстры, скрывающиеся в ранней Вселенной

В ранней Вселенной, задолго до того, как они успели вырасти, астрономы обнаружили то, что они…

19.11.2024