இருமுனை இரு பரிமாண பனிச்சரிவு ஒளி உணரி

இருமுனை இரு பரிமாணபனிச்சரிவு ஒளி உணரி

இருமுனை இரு பரிமாண பனிச்சரிவு ஒளி உணரி (APD ஒளி உணரிமிகக் குறைந்த இரைச்சல் மற்றும் அதிக உணர்திறன் கண்டறிதலை அடைகிறது

குறைவான ஃபோட்டான்கள் அல்லது ஒற்றை ஃபோட்டான்களைக் கூட அதிக உணர்திறனுடன் கண்டறிவது, மங்கலான ஒளிப் படமாக்கம், தொலை உணர்தல் மற்றும் தொலை அளவியல், மற்றும் குவாண்டம் தொடர்பு போன்ற துறைகளில் முக்கியமான பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் கொண்டுள்ளது. அவற்றுள், அவலான்ச் ஃபோட்டோடிடெக்டர் (APD) அதன் சிறிய அளவு, அதிக செயல்திறன் மற்றும் எளிதான ஒருங்கிணைப்பு போன்ற பண்புகளின் காரணமாக, ஒளியியல் மின்னணு சாதன ஆராய்ச்சித் துறையில் ஒரு முக்கிய திசையாக உருவெடுத்துள்ளது. சிக்னல்-டு-நாய்ஸ் ரேஷியோ (SNR) என்பது APD ஃபோட்டோடிடெக்டரின் ஒரு முக்கியக் குறியீடாகும், இதற்கு அதிக ஆதாயமும் குறைந்த இருள் மின்னோட்டமும் தேவைப்படுகிறது. இரு பரிமாண (2D) பொருட்களின் வான் டெர் வால்ஸ் ஹெட்டிரோஜங்ஷன்கள் மீதான ஆராய்ச்சி, உயர் செயல்திறன் கொண்ட APD-களின் வளர்ச்சியில் பரந்த வாய்ப்புகளைக் காட்டுகிறது. பாரம்பரிய APD ஃபோட்டோடிடெக்டரின் உள்ளார்ந்த ஆதாய இரைச்சல் சிக்கலைத் தீர்ப்பதற்காக, சீனாவைச் சேர்ந்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் இருமுனை இரு பரிமாண குறைக்கடத்திப் பொருளான WSe₂-ஐ ஒளி உணர்திறன் பொருளாகத் தேர்ந்தெடுத்து, சிறந்த பொருத்தமான வேலைச் செயல்பாட்டைக் கொண்ட Pt/WSe₂/Ni அமைப்புடன் கூடிய APD ஃபோட்டோடிடெக்டரை நுணுக்கமாகத் தயாரித்தனர்.

ஆராய்ச்சிக் குழு, Pt/WSe₂/Ni கட்டமைப்பை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு அவலான்ச் ஒளி உணரியை முன்மொழிந்தது. இது அறை வெப்பநிலையில் fW அளவில் மிகவும் பலவீனமான ஒளி சமிக்ஞைகளை அதிக உணர்திறனுடன் கண்டறிந்தது. அவர்கள், சிறந்த மின் பண்புகளைக் கொண்ட இரு பரிமாண குறைக்கடத்திப் பொருளான WSe₂-ஐத் தேர்ந்தெடுத்து, Pt மற்றும் Ni மின்முனைப் பொருட்களை இணைத்து ஒரு புதிய வகை அவலான்ச் ஒளி உணரியை வெற்றிகரமாக உருவாக்கினர். Pt, WSe₂ மற்றும் Ni ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான வேலைச் சார்புப் பொருத்தத்தை துல்லியமாக மேம்படுத்துவதன் மூலம், இருள் கடத்திகளைத் திறம்படத் தடுக்கும் அதே வேளையில், ஒளி உருவாக்கப்பட்ட கடத்திகளைத் தேர்ந்தெடுத்து ஊடுருவ அனுமதிக்கும் ஒரு கடத்தல் பொறிமுறை வடிவமைக்கப்பட்டது. இந்தப் பொறிமுறையானது, கடத்தி மோதல் அயனியாக்கத்தால் ஏற்படும் அதிகப்படியான இரைச்சலைக் கணிசமாகக் குறைக்கிறது. இதன் மூலம், ஒளி உணரியானது மிகக் குறைந்த இரைச்சல் மட்டத்தில் அதிக உணர்திறன் கொண்ட ஒளி சமிக்ஞை கண்டறிதலை அடைய முடிகிறது.

பின்னர், பலவீனமான மின்புலத்தால் தூண்டப்படும் பனிச்சரிவு விளைவின் பின்னணியில் உள்ள பொறிமுறையைத் தெளிவுபடுத்துவதற்காக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆரம்பத்தில் பல்வேறு உலோகங்களின் உள்ளார்ந்த வேலைச் சார்புகளின் இணக்கத்தன்மையை WSe₂ உடன் மதிப்பிட்டனர். வெவ்வேறு உலோக மின்முனைகளைக் கொண்ட தொடர்ச்சியான உலோகம்-குறைக்கடத்தி-உலோகம் (MSM) சாதனங்கள் தயாரிக்கப்பட்டு, அவற்றில் தொடர்புடைய சோதனைகள் நடத்தப்பட்டன. கூடுதலாக, பனிச்சரிவு தொடங்குவதற்கு முன்பு கேரியர் சிதறலைக் குறைப்பதன் மூலம், தாக்க அயனியாக்கத்தின் சீரற்ற தன்மையைக் குறைக்க முடியும், அதன் மூலம் இரைச்சலையும் குறைக்கலாம். எனவே, தொடர்புடைய சோதனைகள் நடத்தப்பட்டன. நேரப் பதிலளிப்புப் பண்புகளின் அடிப்படையில் Pt/WSe₂/Ni APD-யின் மேன்மையை மேலும் நிரூபிக்க, ஆராய்ச்சியாளர்கள் வெவ்வேறு ஒளிமின்னழுத்த ஆதாய மதிப்புகளின் கீழ் சாதனத்தின் -3 dB அலைவரிசை அகலத்தை மேலும் மதிப்பிட்டனர்.

சோதனை முடிவுகளின்படி, Pt/WSe₂/Ni கண்டறிவியானது அறை வெப்பநிலையில் வெறும் 8.07 fW/√Hz என்ற மிகக் குறைந்த இரைச்சல் சமமான ஆற்றலை (NEP) வெளிப்படுத்துகிறது. இதன் பொருள், இந்தக் கண்டறிவியால் மிகவும் பலவீனமான ஒளியியல் சமிக்ஞைகளை அடையாளம் காண முடியும் என்பதாகும். மேலும், இந்தச் சாதனம் 20 kHz பண்பேற்ற அதிர்வெண்ணில் 5×10⁵ என்ற உயர் பெருக்கத்துடன் நிலையாகச் செயல்பட முடியும். இதன் மூலம், உயர் பெருக்கம் மற்றும் அலைவரிசையைச் சமநிலைப்படுத்துவதில் சிரமப்படும் பாரம்பரிய ஒளிமின்னழுத்தக் கண்டறிவிகளின் தொழில்நுட்பத் தடையை இது வெற்றிகரமாகத் தீர்க்கிறது. இந்த அம்சம், உயர் பெருக்கம் மற்றும் குறைந்த இரைச்சல் தேவைப்படும் பயன்பாடுகளில் இதற்கு குறிப்பிடத்தக்க நன்மைகளை வழங்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

செயல்திறனை மேம்படுத்துவதில் பொருள் பொறியியல் மற்றும் இடைமுக உகப்பாக்கத்தின் முக்கியப் பங்கை இந்த ஆய்வு நிரூபிக்கிறது.போட்டோடெக்டர்கள்மின்முனைகள் மற்றும் இரு பரிமாணப் பொருட்களின் நுட்பமான வடிவமைப்பின் மூலம், இருள் கடத்திகளுக்கான ஒரு தடுப்பு விளைவு அடையப்பட்டுள்ளது. இது இரைச்சல் குறுக்கீட்டை கணிசமாகக் குறைத்து, கண்டறிதல் செயல்திறனை மேலும் மேம்படுத்துகிறது.

இந்த உணரியின் செயல்திறன் அதன் ஒளிமின்னியல் பண்புகளில் மட்டும் பிரதிபலிக்கவில்லை, மாறாக பரந்த பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளையும் கொண்டுள்ளது. அறை வெப்பநிலையில் இருள் மின்னோட்டத்தைத் திறம்படத் தடுப்பதாலும், ஒளியால் உருவாக்கப்பட்ட மின்னூட்டிகளைத் திறமையாக உறிஞ்சுவதாலும், இந்த உணரியானது சுற்றுச்சூழல் கண்காணிப்பு, வானியல் ஆய்வு மற்றும் ஒளியியல் தொடர்பு போன்ற துறைகளில் உள்ள பலவீனமான ஒளி சமிக்ஞைகளைக் கண்டறிவதற்கு குறிப்பாகப் பொருத்தமானதாக உள்ளது. இந்த ஆராய்ச்சிச் சாதனையானது, குறைந்த பரிமாணப் பொருள் ஒளி உணரிகளின் வளர்ச்சிக்கு புதிய யோசனைகளை வழங்குவதோடு மட்டுமல்லாமல், உயர் செயல்திறன் மற்றும் குறைந்த மின்னேற்றம் கொண்ட ஒளியியல் மின்னணு சாதனங்களின் எதிர்கால ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டிற்கு புதிய குறிப்புகளையும் வழங்குகிறது.