پژوهشگران کره جنوبی با استفاده از نیمه‌رساناهای دوبُعدی، یک حسگر را با کارآیی بالا ابداع کرده‌اند.

فناوری تصویربرداری نسل بعدی به سرعت در حال فراتر رفتن از تلفن‌های هوشمند و گسترش به دستگاه‌های هوشمند، رباتیک، دستگاه‌های واقعیت تعمیم‌یافته، مراقبت‌های بهداشتی، دوربین‌های مداربسته و سایر صنایع گوناگون است.

به نقل از نیوز وایز، هسته اصلی این پیشرفت‌ها در حوزه فناوری، حسگرهای بسیار فشرده و بسیار کارآمد گیرنده تصویر هستند که سیگنال‌های نور را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. حسگرهای گیرنده تصویر، اطلاعات بصری اشیاء و محیط‌ها را می‌گیرند و پردازش می‌کنند و امکان بازسازی دقیق شکل، اندازه و موقعیت مکانی آنها را فراهم می‌آورند.

حسگرهای گیرنده تصویر تجاری در حال حاضر عمدتا براساس نیمه‌رساناهای سیلیکونی ساخته می‌شوند. با وجود این، بررسی درباره ساخت حسگرهای گیرنده تصویر نسل بعدی با استفاده از نانومواد دوبعدی نیمه‌رسانا که جایگزین‌های بالقوه برای سیلیکون هستند، به طور فعال در حال انجام شدن است.

نانومواد دوبُعدی نیمه‌رسانا که از لایه‌های نازک اتمی با ضخامت چند نانومتر تشکیل شده‌اند، ویژگی‌های نوری استثنایی و پتانسیل کوچک‌سازی را ارائه می‌دهند و آنها را به گزینه‌های بسیار مناسب برای ساخت حسگرهای گیرنده تصویر با کارآیی بالا تبدیل می‌کنند. با وجود این، به حداکثر رساندن عملکرد آنها نیازمند الکترودهایی با مقاومت کم است که قادر به پردازش موثر سیگنال‌های نوری باشند.

حسگرهای مبتنی بر نیمه‌رساناهای دوبعدی معمولی با چالش‌هایی در دستیابی به الکترودهای مقاومت پایین روبه‌رو هستند که در نتیجه راندمان ضعیف پردازش سیگنال نوری رخ می‌دهند و مانع بزرگی برای تجاری‌سازی این مواد به شمار می‌روند.

دکتر «دو کیونگ هوآنگ»(Do Kyung Hwang) و دکتر «مین چول پارک»(Min-Chul Park) از «موسسه علم و فناوری کره جنوبی»(KIST) همراه با همکاران خود، با موفقیت الکترود جدیدی را به نام «CBIC» ابداع کردند که امکان ایجاد حسگر گیرنده تصویر مبتنی بر مواد نیمه‌رسانای دوبعدی را با بازدهی سیگنال نوری بالا فراهم می‌کند.

پژوهشگران با ترکیب نانوذرات طلا در الکترود توانستند مقاومت آن را به طور قابل توجهی کاهش دهند و بهبود قابل توجهی را در عملکرد حسگر ببینند. علاوه بر این، آنها به طور موثر به مشکل «اتصال تراز فرمی» پرداختند که یک چالش رایج در الکترودهای معمولی است و در نتیجه، کارآیی سیگنال نوری حسگر را افزایش دادند.

پژوهشگران این فناوری را برای اجرای موفقیت‌آمیز تصویربرداری یکپارچه مبتنی بر روش تصویربرداری سه‌بعدی و فناوری نمایش بدون عینک، با الهام از ساختار چشم مرکب سنجاقک به کار بردند. آنها با استفاده از فناوری تصویربرداری یکپارچه، به دستیابی و بازتولید تصاویر سه‌بعدی تمام‌رنگی دست یافتند که امکان ثبت و بازسازی شکل اشیای سه‌بعدی را فراهم کرد. انتظار می‌رود در آینده این حسگرهای کارآمد گیرنده تصویر به طور گسترده در صنایع پیشرفته گوناگون از جمله دستگاه‌های واقعیت تعمیم‌یافته، هوش مصنوعی و سیستم‌های رانندگی خودکار مورد استفاده قرار بگیرند.

هوآنگ با تاکید بر مقیاس‌پذیری این پژوهش گفت: انتظار می‌رود این پژوهش با غلبه بر محدودیت‌های فنی ناشی از مشکلات الکترود در دستگاه‌های نیمه‌رسانای دوبعدی موجود بتواند سرعت صنعتی‌سازی فناوری‌های نسل بعدی سیستم تصویربرداری را که مزایایی در جذب نور و کوچک‌سازی ارائه می‌دهند، به ‌طور قابل ‌توجهی سرعت ببخشد. این الکترود به راحتی ساخته می‌شود و در مناطق بزرگ مقیاس‌پذیر است و همین ویژگی‌ها کمک می‌کنند که به طور گسترده برای دستگاه‌های الکترونیک نوری مبتنی بر نیمه‌رساناهای گوناگون قابل استفاده باشد.

پارک گفت: دستگاه‌های الکترونیک نوری مبتنی بر نیمه‌رسانای دوبعدی که بر چالش اتصال تراز غلبه می‌کنند، تأثیر قابل‌توجهی را در صنایعی خواهند داشت که در آینده نیازمند حسگرهای بصری فوق فشرده با وضوح فوق‌العاده بالا و عملکرد قابل توجه هستند.

این پژوهش در مجله «Nature Electronics» به چاپ رسید.