La détection optique dans l'infrarouge moyen à long (5 microns [um]) devient de la plus haute importance dans différents domaines car elle s'avère être un excellent outil de surveillance environnementale, détection de gaz, l'imagerie thermique ainsi que le contrôle qualité des aliments ou les applications au sein de l'industrie pharmaceutique, pour n'en nommer que quelques-uns. La quantité d'informations cachées dans cette fenêtre spectrale très riche ouvre de nouvelles possibilités pour l'imagerie multi voire hyperspectrale. Même s'il existe des technologies capables de relever ces défis, ils sont très complexes et coûteux. Bien qu'il existe un fort besoin du marché d'apporter de telles fonctionnalités sur le marché des consommateurs, cela nécessiterait une technologie à faible coût, Compatible CMOS et n'impose pas de problèmes réglementaires graves.

Les points quantiques colloïdaux PbS (CQD) ont émergé comme une technologie de photodétecteur économique et haute performance, compatible avec la technologie CMOS, qui a récemment fait ses preuves dans la gamme infrarouge à ondes courtes (1-2 um). Cependant, jusque là, il y a eu une limite fondamentale :de tels points quantiques reposent sur l'absorption interbande de la lumière (les photons excitent le porteur à travers la bande interdite du matériau) et, par conséquent, il existe une limite d'énergie inférieure à laquelle cette technologie peut fonctionner :la bande interdite du matériau.

Dans une étude publiée récemment dans Lettres nano , Les chercheurs de l'ICFO Iñigo Ramiro, Onur Ozdemir, Sotirios Christodoulou, Shuchi Gupta, Mariona Dalmases, Iacopo Torre, dirigé par ICREA Prof. à ICFO Gerasimos Konstantatos, rapportent maintenant le développement d'un photodétecteur à points quantiques colloïdaux capable de détecter la lumière dans le long infrarouge, de 5 um - 10 um (microns), en utilisant des CQD PbS qui, pour la première fois, sont fabriqués avec des matériaux sans mercure.

Dans leur expérience, les chercheurs ont utilisé une technique pour doper électroniquement les points quantiques de manière robuste et permanente. Cette approche de dopage important leur a permis de permettre un nouveau régime pour les transitions d'électrons :au lieu de s'appuyer sur des transitions à travers la bande interdite du matériau, ils ont trouvé un moyen de faciliter les transitions entre les états excités plus élevés, appelées transitions intersous-bandes (ou intrabandes). En réalisant cela, ils étaient capables d'exciter des électrons en absorbant des photons avec des énergies de photons beaucoup plus faibles qu'auparavant dans la gamme infrarouge des ondes moyennes et longues. Ils ont également démontré que la couverture spectrale de tels détecteurs peut être ajustée en changeant la taille des points, C'est, plus les points quantiques sont gros, plus l'absorption dans l'infrarouge est importante.

Les résultats de cette étude montrent une plate-forme matérielle nouvelle et unique, basé sur des CQD PbS fortement dopés couvrant une large gamme de lumière, qui pourraient aborder et résoudre les défis auxquels le domaine des technologies de photodétecteurs est confronté de nos jours. Cette propriété nouvellement découverte d'absorption de la lumière dans l'infrarouge long, associée à une technologie CQD à faible coût et en pleine maturité, peut entraîner une révolution vers les photodétecteurs compatibles CMOS à large bande extrême et multispectraux.