Cercetătorii au creat senzorul de lumină „imposibil” cu o eficiență de 200%

Cercetătorii au creat senzorul de lumină „imposibil”, care transformă lumina în semnal electric cu o eficiență uimitoare de 200%, număr care a fost obținut cu ajutorul fizicii cuantice.

Cu o astfel de sensibilitate a dispozitivului cunoscut sub numele de fotodiodă, echipa responsabilă de inovație spune că senzorul ar putea fi utilizat în tehnologia care monitorizează semnele vitale ale unei persoane (cum ar fi bătăile inimii sau ritmul respirației) fără a fi necesar să fie introdus sau atașat nimic la corp.

Eficiența fotodiodei este de obicei măsurată prin numărul de particule de lumină disponibile pe care le poate transforma în semnale electrice. Aici, oamenii de știință vorbesc despre ceva strâns legat, dar puțin mai specific: randamentul fotoelectronilor sau numărul de electroni generați de fotonii care lovesc senzorul de lumină „imposibil”.

Cum funcționează senzorul de lumină „imposibil”?

Randamentul fotoelectronilor unei fotodiode este determinat de eficiența sa cuantică, capacitatea esențială a unui material de a produce particule purtătoare de sarcină la un nivel fundamental, mai degrabă decât cantitatea de putere electrică produsă.

„Sună incredibil, dar nu vorbim despre eficiența energetică normală aici”, spune inginerul chimist Rene Janssen, de la Universitatea de Tehnologie Eindhoven, din Țările de Jos.

„Ceea ce contează în lumea fotodiodelor este eficiența cuantică. În loc de cantitatea totală de energie solară, se numără numărul de fotoni pe care dioda îi transformă în electroni”, explică el.

Ca punct de plecare, echipa a lucrat la un dispozitiv care combina două tipuri de celule de panouri solare, perovskite și organice. Prin suprapunerea celulelor astfel încât lumina care este ratată de un strat este preluată de un altul, cercetătorii au atins o eficiență cuantică de 70%, scrie Science Alert.

Pentru a crește acest număr, a fost introdusă lumină verde suplimentară. Senzorul a fost, de asemenea, optimizat pentru a i se îmbunătăți capacitatea de a filtra diferite tipuri de lumină și de a răspunde la absența luminii. Acest lucru a împins eficiența cuantică a fotodiodei la peste 200%, deși în acest stadiu nu este clar de ce are loc această creștere.

Lumina verde

Cheia ar putea fi modul în care fotodiodele produc curent. Fotonii excită electronii din materialul fotodiodei, determinându-i să migreze și să creeze o acumulare de sarcină. Cercetătorii emit ipoteza că lumina verde ar putea elibera electroni pe un strat, care sunt convertiți în curent numai atunci când fotonii lovesc un alt strat.

„Credem că lumina verde suplimentară duce la o acumulare de electroni în stratul de perovskit. Acest lucru acționează ca un rezervor de sarcini care este eliberat atunci când fotonii infraroșii sunt absorbiți în stratul organic”, spune inginerul chimist Riccardo Ollearo, de la Universitatea de Tehnologie Eindhoven.

„Cu alte cuvinte, fiecare foton infraroșu care trece și este convertit într-un electron, primește companie de la un electron bonus, ceea ce duce la o eficiență de 200% sau mai mare”, continuă el.

Senzorul de lumină „imposibil” ar putea fi folosit în monitorizarea medicală

O fotodiodă mai eficientă este și o fotodiodă mai sensibilă, una care este mai capabilă să observe schimbări foarte mici ale luminii de la distanțe mai mari. Acest lucru ne readuce la măsurarea inimilor care bat și a nivelurilor de respirație.

Folosind fotodioda lor super-subțire, de o sută de ori mai subțire decât hârtia de ziar, cercetătorii au măsurat mici modificări ale luminii infraroșii reflectate înapoi de un deget de la o distanță de 130 de centimetri. S-a demonstrat că aceasta se potrivește cu tensiunea arterială și cu ritmul cardiac; sistemul funcționează similar cu un senzor de ceas inteligent, dar de la distanță foarte mare.

Cu o configurație similară, echipa a măsurat ratele de respirație din mișcări ușoare ale pieptului. Există potențial aici pentru tot felul de monitorizare și scopuri medicale dacă tehnologia poate fi dezvoltată cu succes din stadiul de laborator.

„Vrem să vedem dacă putem îmbunătăți și mai mult dispozitivul, de exemplu, făcându-l mai rapid. Vrem, de asemenea, să explorăm dacă putem testa clinic dispozitivul”, spune Janssen.

Cercetarea a fost publicată în Science Advances.

Vă recomandăm să citiți și:

Medicamentele controlate de lumină ar putea oferi terapii precise împotriva cancerului

Noi antioxidanți au fost găsiți în carnea de vită, de pui și de porc

De ce au prosperat psihopații de-a lungul istoriei evoluției omenirii?

Creierul persoanelor care consumă cocaină îmbătrânește mai rapid