La Universidad de Granada y la Universidad de Pisa (Italia) están estudiando un tipo especial de partículas, llamadas excitones, que generadas en las estructuras de determinados dispositivos electrónicos son capaces de aumentar su velocidad y capacidad de respuesta. Esta investigación permitirá mejorar los sensores que captan la luz.
Este estudio propone emplear los excitones en estructuras basadas en un tipo específico de materiales 2D, los dicalcogenuros de metales de transición o TMDC, para conseguir fotodetectores rápidos y con gran responsividad, es decir, con gran amplitud de las señales eléctricas generadas para una determinada potencia de luz recibida, lo que facilita la detección y el procesamiento de esas señales.
Los fotodetectores son un dispositivo electrónico capaz de convertir la luz en corriente eléctrica, muy parecido a una placa solar fotovoltaica, pero con una aplicación distinta. La mejora de los fotodetectores ayudaría a aumentar el rendimiento en diferentes áreas como el procesamiento de imagen, sistemas de vigilancia, telecomunicaciones a través de fibra óptica o instrumentación médica, entre otros.
Materiales 2D
Los materiales bidimensionales son estructuras cristalinas, es decir, estructuras de átomos que se repiten periódicamente en el espacio, que se distribuyen a lo largo y ancho de láminas muy delgadas, de solo uno o varios átomos de espesor.
Estás láminas presentan características únicas desde el punto de vista electrónico, ya que los materiales 2D pueden apilarse unos encima de otros, dando lugar a las llamadas heteroestructuras de ‘van der Waals’, que reciben este nombre en atención al tipo de fuerzas que unen las láminas de los distintos materiales.
Estas heteroestructuras se caracterizan por tener respuestas eléctricas enormemente rápidas (del orden de una millonésima de millonésima de segundo) al interactuar con la luz, por lo que resultan muy interesantes en aplicaciones optoelectrónicas muy sensibles al tiempo, como pueden ser las empleadas en la visión artificial en redes neuronales.
En el campo particular de la optoelectrónica, las heteroestructuras se están usando para diseñar, no solo fotodetectores, sino nuevas arquitecturas de dispositivos convencionales y conocidos por todos como células solares, diodos emisores de luz o láseres.
Visión artificial
En el campo de la visión artificial es importante que los fotodetectores sean capaces de captar la luz y convertirla en una señal eléctrica de la manera más rápida posible. Esto viene determinado por la velocidad de fotorespuesta, y en el caso de las heteroestructuras TMDC, aprovechando la formación de excitones intercapa, según predice la investigación, se podrían alcanzar tiempos de respuesta de una millonésima de millonésima de segundo.
Además, es importante que los sistemas de visión artificial tengan un bajo consumo energético, lo que implica que los fotodetectores deben ser capaces de trabajar en modo fotovoltaico y mantener una alta sensibilidad a la luz. Las heteroestructuras basadas en TMDC que explotan excitones intercapa pueden alcanzar estos dos requisitos que generalmente son contrapuestos.
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