Bilim insanları, ışığı yüzde 200'lük şaşırtıcı bir verimlilikle elektrik sinyaline dönüştüren bir sensör ürettiler - bu, kuantum fiziğinin tuhaflığı sayesinde elde edilen, görünüşte imkânsız bir oran.
Fotodiyot olarak bilinen cihazın yeniliğinden sorumlu ekip, bunun potansiyel olarak bir kişinin, herhangi bir şey takılmasına gerek kalmadan hayati belirtilerini (kalp atışı veya solunum hızı dahil) izleyen teknolojide kullanılabileceğini söylüyor.
Fotodiyot verimliliği tipik olarak elektrik sinyallerine dönüştürebildiği mevcut hafif parçacıkların sayısı olarak ölçülür. Burada, bilim insanları yakından ilişkili, ancak biraz daha spesifik bir şeyden bahsediyorlar: fotoelektron verimi veya sensöre çarpan fotonların ürettiği elektron sayısı.
Bir fotodiyotun fotoelektron verimi, kuantum verimliliği ile belirlenir - bir malzemenin üretilen elektrik gücü miktarından ziyade temel düzeyde yük taşıyan parçacıklar üretme yeteneğidir.
Hollanda'daki Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'nden kimya mühendisi Rene Janssen, "Kulağa inanılmaz geliyor, ancak burada normal enerji verimliliğinden bahsetmiyoruz" diyor.
"Fotodiyot dünyasında önemli olan kuantum verimliliğidir. Toplam güneş enerjisi miktarı yerine, diyotun elektronlara dönüştürdüğü fotonların sayısını sayar."
Başlangıç noktası olarak ekip, perovskite ve organik olmak üzere iki tür güneş paneli hücresini birleştiren bir cihaz üzerinde çalıştı. Hücreleri, bir katmanın kaçırdığı ışığın bir başkası tarafından alınacağı şekilde istifleyerek, araştırmacılar yüzde 70 kuantum verimliliği elde ettiler.
Bu, sayıyı daha yükseğe çıkarmak için ek yeşil ışık getirildi. Sensör ayrıca farklı ışık türlerini filtreleme ve ışıksızlığa tepki verme yeteneğini geliştirmek için optimize edildi. Bu, fotodiyotun kuantum verimliliğini yüzde 200'ün üzerine çıkardı, ancak bu aşamada bu artışın neden olduğu tam olarak net değil.
Anahtar, fotodiyotların akım üretme şekli olabilir. Fotonlar, fotodiyot materyalindeki elektronları harekete geçirerek onların göç etmesine ve bir yük birikmesine neden olur. Araştırmacılar, yeşil ışığın, yalnızca fotonlar farklı bir katmana çarptığında akıma dönüşen elektronları bir katmanda serbest bırakabileceğini varsayıyorlar.
Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'nden kimya mühendisi Riccardo Ollearo, "Ek yeşil ışığın perovskite tabakasında elektron birikmesine yol açtığını düşünüyoruz" diyor. "Bu, kızılötesi fotonlar organik katmanda emildiğinde salınan bir yük rezervuarı görevi görür."
Daha verimli bir fotodiyot, aynı zamanda daha hassas bir fotodiyottur - ışıktaki çok küçük değişiklikleri daha uzak mesafelerden daha iyi gözlemleyebilen bir fotodiyot. Bu bizi atan kalpleri ve solunum seviyelerini ölçmeye getiriyor.
Araştırmacılar, bir gazete yaprağından yüz kat daha ince olan süper ince fotodiyotlarını kullanarak, 130 santimetre mesafeden parmaktan yansıyan kızılötesi ışıktaki küçük değişiklikleri ölçtüler. Bunun, bir akıllı saat sensörünün yaptığı gibi, ancak bir masanın karşısından çalışması gibi, kan basıncı ve kalp atış hızıyla eşleştiği gösterildi.
Benzer bir kurulumla ekip, hafif göğüs hareketlerinden solunum oranlarını ölçtü. Teknoloji laboratuvar aşamasından başarılı bir şekilde geliştirilebilirse, burada her türlü izleme ve tıbbi amaç için potansiyel var.
Janssen, "Cihazı daha da geliştirip geliştiremeyeceğimizi, örneğin daha hızlı hale getirip getiremeyeceğimizi görmek istiyoruz," diyor. "Cihazı klinik olarak test edip edemeyeceğimizi de araştırmak istiyoruz."
Araştırma Science Advances'te yayınlandı.