Ученые увеличили чувствительность датчиков

Ученые увеличили чувствительность датчиков

Инженеры Университета Пенсильвании на основе модели, состоящей из наноантенн, разработали новый способ превращения инфракрасного света в механическое движение, который откроет путь к созданию более чувствительных инфракрасных камер и более компактных химических методов анализа.

Исследование было проведено доцентом Эртугрулом Чубукчу (Ertugrul Cubukcu) и докторантом Фей Йи (Fei Yi), с участием аспирантов Хай Жу (Hai Zhu) и Джейсона Рида (Jason C. Reed). Все ученые представляют кафедру Института материаловедения и технологии в школе Пенна инженерных и прикладных наук. Статья о проведенной работе опубликована в журнале «Nano Letters».

Техника детектирования света среднего инфракрасного диапазона важна для таких приложений, как камеры ночного видения или спектроскопия, использующая метод обнаружения рассеянного веществом света, для того, чтобы определять его химический состав.
“Мы решили создать оптико-механические тепловые инфракрасные детекторы, – сказал Чубукчу. – Вместо того чтобы следить за изменением сопротивления, наш детектор следит за механическим движением и соотносит его с изменениями температуры”.

Преимуществом такого подхода является то, что могут значительно сократиться размеры датчиков обнаружения инфракрасного излучения, так что их можно будет поместить на одноразовых кремниевых чипах. Ученые создали такое устройство в своем исследовании.

В основе устройства – наноразмерные структуры, шириной около одной десятой миллиметра, а по длине – в пять раз длиннее, изготовленные из слоя золота, связанного со слоем нитрида кремния. Исследователи выбрали эти материалы, потому что у них разные коэффициенты теплового расширения, параметр, который определяет, на сколько материал будет расширяться при нагревании. Поскольку металлы при облучении инфракрасным светом нагреваются, то исследователи, наблюдая, как материал расширяется, могут определять количество инфракрасного света, падающего на него.

“Один слой будет расширяться во все стороны по горизонтали, но, так как наши два слоя связаны друг с другом, – говорит Чубукчу. – то они могут расширяться только в третьем измерении. В этом случае, это означает, что будет происходить прогиб в сторону золота, так как золото имеет более высокий коэффициент теплового расширения, и будет расширяться больше”.

Для измерения этого перемещения, исследователи использовали оптоволоконный интерферометр. Волоконно-оптический кабель, направленный вверх, принимает свет, отраженный от нижней поверхности слоя нитрида кремния, и это позволяет исследователям узнать, насколько далеко структура изогнута вверх.

«Мы можем определять, как далеко нижний слой сместился, анализируя отраженный свет, – сказал Чубукчу. – Наш метод позволяет даже увидеть смещения, которые в тысячи раз меньше, чем атом водорода».

До этого другие исследователи уже изготавливали оптико-механические инфракрасные датчики, основанные на таком же принципе, но их чувствительность была значительно ниже. Устройство, которое разработала команда из школы Пенна, является улучшением в рассматриваемой области, благодаря созданию «слотов» наноантенн, то есть специальных полостей, которые были выгравированы в золотых слоях с интервалом, равным длине волны середины диапазона инфракрасного света.

Источник: wordscience.org

Похожие новости:
Ученые увеличили КПД прозрачных солнечных батарей
Специалисты из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали эффективные прозрачные солнечные батареи. Это изобретение было сделано еще в прошлом году, но сейчас его создатели вдвое увеличили КПД батарей, сообщает «Азиатский репортер». Ученые из Калифорнийского института в Лос-Анджелесе смогли значительно увеличить эффективность прозрачных ..
2013-07-31 2661 0 Технология
0
Лазеры увеличили чувствительность микроскопов в 20 раз
Благодаря лазерам чувствительность электронных микроскопов выросла в 20 раз. Теперь эти устройства смогут «ощутить» вес даже одного-единственного вируса (он примерно в 100 миллиардов раз легче комара). О новом изобретении сообщается в журнале Nature Communications. Атомно-силовые микроскопы собирают информацию о рельефе измеряемой поверхности ..
2014-08-18 1110 0 Технология
0
Инженеры научили поддельные отпечатки пальцев чувствовать текстуру и звук
Инженеры из Южной Кореи научили искусственные отпечатки пальцев чувствовать текстуру поверхностей и воспринимать звуковые колебания. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science Advances, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Science News.В своей работе ..
2015-11-01 1240 0 Технология
0
Ученые разработали технологию отображения работы мозга
В современной научной медицинской деятельности немаловажное место занимает исследование головного мозга человека. Шаг на встречу разгадки тонкостей функционирования этого органа сделали ученые университета в Калифорнии. Специально разработанный комплекс визуализации головного мозга позволяет не только получить изображение ..
2014-03-23 1301 0 Технология
0
Тактильные голограммы позволили ученым пощупать предметы на расстоянии
Британские инженеры разработали систему тактильной визуализации. Их установка использует ультразвук и создает в воздухе трехмерные аудиоголограммы, которые человек способен воспринимать как объемные. Об этом сообщает New Scientist. По мнению ученых, их разработка позволит глубже проникнуть в виртуальную реальность. Наряду ..
2014-12-02 4737 0 Технология
2
Ученые научат искусственную кожу ощущать прикосновения
Ученые из института «Технион» в Израиле разработали революционные сенсоры для электронной кожи, сообщает zex2.ru. Новые сенсоры гибкие, и могут одновременно воспринимать тактильную информацию, температуру и влажность. По словам разработчиков, гибкие датчики минимум в десять раз более чувствительны к прикосновениям, ..
2013-07-24 1266 0 Технология
0
Физики создали нанотермометры для замера температуры единичных клеток
Китайские и американские физики создали миниатюрные нанотермометры на основе так называемых квантовых точек, микроскопических источников света, при помощи которых можно отслеживать температуру клеток в организме и отдельных их частей, что поможет медикам бороться с инфекционными болезнями и воспалениями, говорится в статье, ..
2015-07-16 3197 0 Технология
0
Ученые создали сенсор ночного видения для линз
Контактные линзы с функцией ночного видения могли бы отлично вписаться в научно-фантастический фильм, но новые исследования показали, что существует способ, чтобы действительно придать нашим глазам возможность видеть в темноте. Группа ученых Electrical Engineers из Университета штата Мичиган создали ..
2014-04-07 2290 0 Технология
0
Созданы суперчувствительные графеновые датчики
Датчики, сделанные из изолирующего основания, покрытого листом графена с единственным толстым слоем атомов углерода настолько чувствительны, что могут обнаруживать отдельные молекулы газа, сообщает mysmi.net. Изменяя химические свойства изолирующего слоя, при этом не затрагивая графеновый слой, ..
2013-05-11 1775 0 Технология
0
Новосибирские ученые хотят через год начать выпуск лекарства от оспы
Ученые государственного научного центра вирусологии и биотехнологии "Вектор" хотят через год начать производство разработанного здесь препарата от оспы НИОХ-14, сообщил в понедельник журналистам гендиректор "Вектора" Александр Сергеев. "Через год предполагается начало производства этого препарата, на какой базе ..
2014-02-15 1349 0 Технология
0
Планшеты и смартфоны помогут следить за землетрясениями
Итальянские сейсмологи предлагают собирать данные о землетрясениях при помощи акселерометров, встроенных в айфоны и другие смартфоны, что позволит собрать целый банк сведений о характере и частоте относительно слабых толчков, пишет worldofpads.ru. Два итальянских сейсмолога, Антонино Д'Алессандро и Джузеппе Д'Анна ..
2013-10-3 1133 0 Технология
0
Новый компьютер сможет общаться с пациентами в коме
Канадские ученые разрабатывают читающий мысли компьютером, который может помочь общаться с людьми в коме. Сотрудники Университета Западного Онтарио использовали нейровизуализацию для чтения человеческих мыслей при помощи мозговой деятельности, передавая конкретные ответы - «да» или «нет». По их словам, ..
2013-06-2 1167 0 Технология
0
Ученые США доказали: литий-ионные батареи можно значительно усовершенствовать
Журнал Angewandte Chemie опубликовал исследование, согласно которому ученые Университета Мэриленда, Лаборатории армии США и ряда колледжей создали уникальную литий-ионную батарею: она может работать даже после того, как ее разрезали или поместили в воду.Отмечается, что в результате экспериментов разработчики выяснили, ..
2017-11-23 4523 0 Технология
0
Ученые превратят любую твердую поверхность в сенсорную
Кульминацией 4-летнего исследования команды ученых из Сингапурского «Nanyang Technological University» стала технология, которая может превратить множество поверхностей (включая дерево, стекло, алюминий, сталь и даже пластмассы) в недорогой сенсорный экран. Технологии, названной STATINA (сокращ. ..
2013-07-18 1340 0 Технология
0
Ученые научились вживлять топливо в живые организмы
Ученые нашли способ превращать живые организмы – улиток, тараканов и грибы – в электронных «киборгов». Это делается путем имплантации крошечных «топливных элементов», которые генерируют и накапливают электроэнергию, используя метаболические процессы этих организмов. Работы, финансируемые ..
2012-03-18 1697 1 Технология
0