Photodetektor "sieht" Farbe wie ein Tintenfisch

Forscher an der Rice University http://rice.edu haben einen Photodetektor entwickelt, der ganz ohne externe Filter unterschiedlich auf rotes, grünes und blaues Licht reagiert.

Die Farbwahrnehmung funktioniert dabei ähnlich wie in der Haut eines Tintenfisches, so das Team. Möglich machen das Elektronen-Oberflächenschwingungen, sogenannte Plasmonen, in einem speziellen Aluminiumgitter. Dieses kann den Forschern zufolge im industriell gängigen CMOS-Fertigungsprozess in Silizium-Chips integriert werden.

Gängige Photodetektoren, die Licht in Strom umwandeln, können selbst keine Farben erkennen. Erst zusätzliche Filter machen RGB-Komponenten sichtbar und ermöglichen so Farbaufnahmen. „Heutige Filtermechanismen nutzen oft Materialien, die nicht CMOS-kompatibel sind“, betont Naomi Halas, Leiterin des Rice Laboratory for Nanophotonics (LANP).

Die Neuentwicklung dagegen integriert die Farberkennung direkt in den Photodetektor, ist somit kompakter und einfacher. „Sie entspricht auch eher dem, wie Lebewesen Farben sehen“, so Halas. Konkret ahmt die Technologie nach, wie Farberkennung in der Haut von Tintenfischen funktioniert.

Gitter nach Tintenfisch-Art

Kopffüßer wie Oktopusse und andere Tintenfische sind eigentlich farbenblind. Dass sie dennoch Meister der Tarnung sind, die ihre Farbe perfekt der Umgebung anpassen, dürfte daran liegen, dass die Tiere Farben direkt über die Haut wahrnehmen.

Halas ist Teil eines interdisziplinären und interuniversitären Teams, das ein Modell dieser Farbwahrnehmnung entwickelt hat. Eben dieses wollte der LANP-Doktorand Bob Zheng mit einem Gerät nachbilden. So ist letztlich durch glücklichen Zufall der neue „farbsehende“ Photodetektor entstanden, der laut Halas breites Anwendungspotenzial haben sollte.

Zheng hat auf einem Silizum-Photodektor eine dünne Schicht Aluminium, über der sich noch eine ganz dünne Oxid-Schicht befindet. Diese Nanokonstruktion ergibt ein Plasmonen-Spaltgitter. Plasmonen sind Elektronen-Oberflächenschwingungen, die auf bestimmte Lichtwellenlängen reagieren.

In diesem Fall erlaubt das dem Sensor letztendlich, Farben zu erkennen. Zudem kommt es zu physikalischen Effekten, die letztlich einen zweiten Vorteil mit sich bringen. „Das Gitter fungiert gewissermaßen als seine eigene Linse“, so Zheng. Der Detektor sammelt also auch mehr Licht.