Gold-"Mikrolinse" verbessert Nachsicht-Geräte

Forscher am Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) haben eine nanotechnologische „Mikrolinse“ entwickelt, die mithilfe von Gold Infrarot-Detektoren effizienter macht. Genau genommen handelt es sich um eine Art nanostrukturierte Lochplatte, welche die Empfindlichkeit verdoppelt. Langfristig wird sogar eine Steigerung um einen Faktor 20 angestrebt.

„Das ist ein angemessenes Ziel und könnte ein breites Anwendungsspektrum eröffnen, von besseren Nachtsichtgeräten für Soldaten bis hin zu genauerer medizinischer Bildgebung“, sagt Shawn-Yu Lin, Physikprofessor am RPI. Auch eine neue Generation leistungsfähiger Satellitenkameras wäre möglich.

Großes Potenzial

„Infrarot-Detektion ist derzeit von großer Bedeutung. Denn eine effizientere Infrarot-Imaging-Technologie für Satelliten hat Potenzial in Anwendungen vom Heimatschutz bis hin zur Überwachung des Klimawandels und der Entwaldung“, meint Lin. Entsprechend wichtig könnte die Entwicklung seines Teams sein, mit der ein Quantenpunkt-Infrarot-Detektor (QDIP, Quantum-Dot Infrared Photodetector) empfindlicher wird.

Erstmals seit über einem Jahrzehnt ist es Lin zufolge gelungen, das gemessene Signal bei einem Infrarot-Detektor zu steigern, ohne gleichzeitig mehr Rauschen zu verursachen. Somit steigt automatisch auch das Verhältnis von Signal zu Rauschen, das in die sogenannte Detektivität einfließt – jene Kenngröße, die letztendlich angibt, wie empfindlich ein QDIP wirklich ist.

Einzigartiges Gold

Der RPI-Ansatz macht sich die einzigartigen Eigenschaften von nanostrukturiertem Gold zunutze. Der Detektor ist im Prinzip einfach eine Flache Platte mit unzähligen, etwa 1,6 Mikrometer großen Löchern. In den Löchern befinden sich die Quantenpunkte. Das sind nanoskalige Kristalle mit speziellen Eigenschaften, die der Lichtdetektion dienen. Die Oberfläche der Platte wiederum ist mit einer nur 50 Naometer dicken Schicht aus Gold überzogen.

Die Goldschicht hat einen ähnlichen Effekt, wie ihn winzige Linsen über den Löchern hätten. Einfallendes Licht wird gebündelt und fällt in konzentrierter Form auf die Quantenpunkte. Die Interaktion von Licht und Quantenpukten wird verstärkt und die Effizienz der Umwandlung von Photonen in weiterverarbeitbare Elektronen gesteigert. Wie die Forscher in einem Beitrag für das Journal Nano Letters berichten, kommt es weder zu einem Ansteigen des Rausches noch zu einer verschlechterten Reaktionszeit des QDIP-Systems.