納米結(jié)構(gòu)上的彩虹

加州理工學(xué)院的工程師們首次開發(fā)出一種結(jié)合了兩種不同技術(shù)集成的光探測(cè)器，可以實(shí)現(xiàn)光在納米尺度上的操控，熱電元件可把溫度的差異直接轉(zhuǎn)換利用電學(xué)上的電壓來區(qū)分，從而以一種高分辨率區(qū)分不同波長(zhǎng)（顏色）的光，包括可見光和紅外線的波長(zhǎng)。

[attachment=77979]
上圖所示，藝術(shù)家對(duì)顏色探測(cè)器的概念設(shè)計(jì)，它使用具有納米線陣列的熱電結(jié)構(gòu)，根據(jù)其寬度區(qū)分吸收不同波長(zhǎng)的光。圖片來源，加州理工學(xué)院

光探測(cè)器，可區(qū)分不同顏色的光或熱，并可以實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，包括在衛(wèi)星上研究地球植被或景觀的變化，在醫(yī)學(xué)的成像上，可以根據(jù)其顏色變化區(qū)分健康和癌細(xì)胞。

有關(guān)這種新的探測(cè)器的研究論文，近日發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上，比目前可比較的熱電裝置運(yùn)行速度快10到100倍，并且能夠探測(cè)比傳統(tǒng)的光探測(cè)器更寬范圍的電磁光譜。在傳統(tǒng)的光探測(cè)器中，入射光的光子被吸收到半導(dǎo)體中，激發(fā)被探測(cè)器捕獲的電子。這些光激發(fā)電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電電流信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量和量化，雖然這種方法也是可以用的，但這種類型的系統(tǒng)很難“看見”紅外光，這是由于紅外光是由能量較低的光子組成。

由于新的探測(cè)器有可能捕捉到傳統(tǒng)太陽能材料無法收集的紅外波段的陽光和熱量，這項(xiàng)技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)更好的太陽能電池和成像設(shè)備。

“在納米光子學(xué)領(lǐng)域，我們所研究的光與物質(zhì)相互作用的物質(zhì)結(jié)構(gòu)要比光的波長(zhǎng)小得多，這也遇到了光極限的限制。在這項(xiàng)工作中，我們將這種屬性與熱電能量轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)相結(jié)合，制作了一種新的光電裝置，”Harry Atwater說，他是這項(xiàng)研究的通訊作者。Atwater是加州理工大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院下應(yīng)用物理和材料科學(xué)專業(yè)的教授，并且還是人工光合作用中心的主任。人工光合作用中心是能源部下屬的能源創(chuàng)新中心，專注于開發(fā)具有成本效益的把陽光、水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料的技術(shù)。它由加州理工學(xué)院直接領(lǐng)導(dǎo)，由伯克利實(shí)驗(yàn)室作為主要合作伙伴。