Фотодетекторы на основе двумерных полупроводников с асимметричными плазмонными решётками разработала команда исследователей из РТУ МИРЭА

В основе новых фотодетекторов лежат двумерные графеноподобные полупроводниковые плёнки из дисульфида молибдена (MoS₂) с высокой концентрацией дефектов. Эти дефекты значительно увеличивают чувствительность сенсоров к свету, но снижают их быстродействие. Чтобы решить эту проблему, команда использовала асимметричные плазмонные решётки, которые усилили поглощение света и позволили устройствам различать поляризацию, сохраняя при этом гибкость и малую толщину.
Дополнительно был разработан специальный алгоритм, основанный на динамической математической модели, который существенно сократил время отклика сенсоров, уменьшив его на несколько порядков по сравнению с первоначальным значением. Это делает данные фотодетекторы идеальными кандидатами для использования в гибких носимых устройствах. Результаты опубликованы в журнале Optical Materials.

«Исследование показало, что фотодетекторы с асимметричными плазмонными решётками демонстрируют значительно улучшенные характеристики: фотоотклик около 60 мА/Вт и степень линейной поляризации 0,78, — рассказал Сергей Лавров, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры наноэлектроники РТУ МИРЭА. — Представьте наш фотодетектор как тонкую сеть, натянутую для улавливания света. Дефекты в плёнках дисульфида молибдена действуют как дополнительные узлы в этой сети, которые эффективно захватывают больше фотонов, увеличивая фототок и повышая чувствительность устройства.

Асимметричные плазмонные решётки работают как специальные направляющие, фокусирующие свет определённой поляризации прямо в активные области сети. Это позволяет устройству различать поляризацию света, словно мы настраиваем сеть так, чтобы улавливать только свет с определённым направлением волн.
Однако увеличение числа узлов в сети (дефектов) может замедлить обработку сигналов, так как появляется больше информации для анализа. Чтобы решить проблему быстродействия, мы разработали специальный алгоритм на основе динамической математической модели. Он функционирует как высокоскоростная система обработки данных, которая быстро анализирует и обрабатывает поступающие фотонные сигналы, существенно сокращая время отклика фотодетектора. Таким образом, мы смогли объединить высокую чувствительность, способность различать поляризацию и быстрое время реакции в одном гибком устройстве».

На данный момент практически не существует гибких фотодетекторов, обладающих одновременно высокой чувствительностью и способностью различать поляризацию света. Новые устройства, созданные командой из РТУ МИРЭА, не только решают эту задачу, но и открывают возможности для создания лёгких и прочных носимых устройств. Они могут найти применение в системах оптической связи, устройствах поляризационного изображения и других областях, требующих высокочувствительных фотодетекторов. Уникальные характеристики делают их перспективными для развития оптических радаров и нанофотоники, уверены в университете.