Mokslo ir technologijų pasaulis

Mokslininkai sukūrė jutiklį, kuris šviesą paverčia elektriniu signalu su stulbinančiu 200 proc. efektyvumu – iš pirmo žvilgsnio neįmanomą skaičių pavyko pasiekti pasitelkus kvantinės fizikos keistenybes.

Už inovaciją atsakinga komanda teigia, kad toks prietaiso, vadinamo fotodiodu, jautrumas, galėtų būti naudojamas technologijose, kurios stebi žmogaus gyvybinius požymius (įskaitant širdies plakimą ar kvėpavimo dažnį), nieko neįterpiant ar net nepritvirtinant prie kūno.

Fotodiodo efektyvumas paprastai matuojamas pagal tai, kiek šviesos dalelių jis gali paversti elektriniais signalais. Šiuo atveju mokslininkai kalba apie glaudžiai susijusį, bet šiek tiek konkretesnį dalyką: fotoelektronų išeigą, arba elektronų, susidariusių dėl į jutiklį patekusių fotonų, skaičių, rašo „Science Alert“.

Fotoelektronų išeigą lemia fotodiodo kvantinis efektyvumas, t. y. esminis medžiagos gebėjimas gaminti krūvį pernešančias daleles pagrindiniu lygmeniu, o ne pagamintos elektros energijos kiekis.

„Fotodiodų pasaulyje svarbiausia yra kvantinis efektyvumas. Vietoj bendro saulės energijos kiekio skaičiuojamas fotonų, kuriuos diodas paverčia elektronais, skaičius“, – sakė chemijos inžinierius Rene Janssenas iš Eindhoveno technologijos universiteto Nyderlanduose.

Kad pasiektų didelį efektyvumą, buvo įvesta papildoma žalia šviesa. Jutiklis taip pat buvo optimizuotas, siekiant pagerinti jo gebėjimą filtruoti įvairių tipų šviesą ir nereaguoti į jokį šviesos srautą. Dėl to fotodiodo kvantinis efektyvumas viršijo 200 procentų, nors šiuo metu nėra aišku, kodėl būtent taip padidėjo.

Raktas gali būti fotodiodų srovės generavimo būdas. Fotonai sužadina fotodiodo medžiagoje esančius elektronus, todėl jie migruoja ir sukuria krūvį. Tyrėjai daro prielaidą, kad žalioji šviesa viename sluoksnyje gali išlaisvinti elektronus, kurie virsta srove tik tada, kai fotonai patenka į kitą sluoksnį.

Naudodami itin ploną fotodiodą, kuris yra šimtą kartų plonesnis už laikraščio lapą, mokslininkai išmatavo mažus infraraudonųjų spindulių šviesos, atsispindėjusios nuo piršto 130 cm atstumu, pokyčius. Parodyta, kad tai atitinka kraujospūdį ir širdies ritmą, panašiai kaip išmaniojo laikrodžio jutiklis.

Panašiu būdu komanda matavo kvėpavimo dažnį pagal nežymius krūtinės ląstos judesius. Jei technologiją pavyks sėkmingai išvystyti iš laboratorinės stadijos, ji gali būti pritaikyta įvairiems stebėsenos ir medicininiams tikslams.