Dans le cadre du programme de recherche fondamentale stratégique JST PRESTO, la professeure agrégée Ayumi Ishii de l’Université des sciences de Teikyo et les membres de son équipe ont développé un nouveau capteur de lumière proche infrarouge en utilisant un matériau qui convertit la faible lumière proche infrarouge en lumière visible.
La lumière proche infrarouge est utilisée quotidiennement dans un large éventail d’applications, telles que les caméras infrarouges (caméras de vision nocturne), la communication infrarouge (communication sans fil), la communication par fibre optique, la télécommande et l’authentification biométrique. La détection d’une lumière faible dans le proche infrarouge et l’amélioration de la sensibilité sont indispensables pour l’avancement de la technologie de communication optique, du diagnostic médical, de la surveillance environnementale et d’autres domaines.
Les semi-conducteurs composés (par exemple, InGaAs) ayant une bande d’absorption optimale de 900 à 1700 nm sont utilisés pour détecter la lumière dans la région du proche infrarouge. Cependant, ces systèmes sont coûteux en raison de leur processus de fabrication compliqué qui implique l’utilisation de métaux rares et est limité par les interférences sonores. De plus, de tels semi-conducteurs ne présentent pas une précision de détection de la lumière visible comparable à celle obtenue en utilisant du silicium (Si) et d’autres composés.
L’équipe de recherche a mis au point des nanoparticules de conversion ascendante à base de lanthanides cœur-coquille qui peuvent convertir la lumière proche infrarouge faible en lumière visible avec une grande efficacité. De plus, en développant un photodétecteur proche infrarouge (photodiode) qui combine ces nanoparticules avec un matériau semi-conducteur inorganique (perovskite aux halogénures de plomb) qui répond à la lumière visible, ils ont réussi à convertir la faible lumière proche infrarouge difficile à détecter en signaux électriques. avec une efficacité de 75%.
En d’autres termes, en utilisant la nouvelle méthode peu coûteuse et simple de conversion de la lumière proche infrarouge – qui est considérée comme difficile à détecter avec une sensibilité élevée – en lumière visible qui peut être détectée avec une grande précision en utilisant les technologies et les matériaux existants, l’équipe a obtenu une amélioration drastique de l’efficacité de la détection de lumière faible dans le proche infrarouge.
Cette réalisation favorise la proposition d’une nouvelle méthode de détection de lumière proche infrarouge économe en ressources et en énergie utilisant un nanomatériau qui convertit la lumière proche infrarouge à faible énergie en lumière visible à haute énergie. Comme cette technologie permet une lumière faible dans la région du proche infrarouge, dont la détection et l’utilisation sont difficiles même à la lumière du soleil, en la convertissant en lumière visible, elle peut améliorer considérablement la sensibilité de réception de la lumière proche infrarouge des capteurs optiques et l’efficacité de l’utilisation de la lumière du soleil. dans la photosynthèse artificielle des cellules solaires, entre autres.
L’article est publié dans la revue Recherche avancée en photonique.
La recherche a été menée en collaboration avec le professeur spécialement nommé Tsutomu Miyasaka de l’Université Toin de Yokohama. Dans ce projet de recherche « Développement d’interfaces hybrides organiques-inorganiques pour un dispositif de détection à un photon » dans le domaine des « Photons entièrement contrôlés et leur utilisation proactive pour la création d’une nouvelle ère » dans le cadre du programme de recherche fondamentale stratégique JST PRESTO, l’équipe a visant à surmonter les limites des fonctions de détection telles que la réception de la lumière, la mesure et l’imagerie, en réalisant une photodétection ultra-sensible qui implique la détection de la lumière au niveau du photon unique.
En adoptant une approche matériau-chimique dans laquelle les matériaux organiques et inorganiques sont fusionnés à l’interface, cette recherche vise à développer des photodétecteurs multifonctionnels et très sensibles qui peuvent fournir des informations liées à divers aspects de la lumière (par exemple, la longueur d’onde et l’anisotropie (polarisation)) pour la mesure maximale possible au niveau du photon unique.
Plus d’information:
Ayumi Ishii et al, Détection de lumière proche infrarouge à conversion ascendante dans la pérovskite aux halogénures de plomb avec des nanoparticules de lanthanide à noyau-coque, Recherche avancée en photonique (2022). DOI : 10.1002/adpr.202200222
Fourni par l’Agence japonaise pour la science et la technologie (JST)