Un capteur quantique intelligent qui détecte simultanément l’intensité, la polarisation et la longueur d’onde de la lumière

Un capteur quantique intelligent qui détecte simultanément l'intensité, la polarisation et la longueur d'onde de la lumière
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Rendu artistique du processus de détection intelligente : les propriétés géométriques quantiques déterminent les photoréponses, qui sont ensuite interprétées par un réseau de neurones. Crédit : groupe Xia

Une équipe de chercheurs a construit un capteur intelligent – la taille d’environ 1/1000 de la section transversale d’un cheveu humain – qui peut détecter simultanément l’intensité, la polarisation et la longueur d’onde de la lumière, puisant dans les propriétés quantiques des électrons. C’est une percée qui pourrait faire progresser les domaines de l’astronomie, des soins de santé et de la télédétection.

Dirigé par Fengnian Xia, professeur agrégé Barton L. Weller en ingénierie et sciences à Yale et Fan Zhang, professeur agrégé de physique à l’Université du Texas à Dallas, les résultats sont publiés dans Nature.

Les chercheurs ont appris ces dernières années que la torsion de certains matériaux à des angles spécifiques peut former ce que l’on appelle des “matériaux moirés”, qui suscitent des propriétés jusque-là inconnues. Dans ce cas, l’équipe de recherche a utilisé du graphène double bicouche torsadé (TDBG), c’est-à-dire deux couches atomiques d’atomes de carbone empilés naturels soumis à une légère torsion de rotation, pour construire leur dispositif de détection. Ceci est essentiel car la torsion réduit la symétrie cristalline et les matériaux avec des structures atomiques moins symétriques – dans de nombreux cas – promettent des propriétés physiques intrigantes que l’on ne trouve pas dans ceux avec une plus grande symétrie.

Avec cet appareil, les chercheurs ont pu détecter une forte présence de ce que l’on appelle l’effet photovoltaïque de masse (BPVE), un processus qui convertit la lumière en électricité, donnant une réponse fortement dépendante de l’intensité lumineuse, de la polarisation et de la longueur d’onde. Les chercheurs ont découvert que le BPVE dans TDBG pouvait être réglé davantage par des moyens électriques externes, ce qui leur permettait de créer des “empreintes digitales 2D” des phototensions pour chaque lumière incidente différente.

Shaofan Yuan, étudiant diplômé du laboratoire de Xia et co-auteur principal de l’étude, a eu l’idée d’appliquer un réseau neuronal convolutif (CNN), un type de réseau neuronal artificiel précédemment utilisé pour la reconnaissance d’images, pour déchiffrer ces empreintes digitales. À partir de là, ils ont pu faire la démonstration d’un photodétecteur intelligent.

Sa petite taille le rend potentiellement précieux pour des applications telles que l’exploration de l’espace lointain, les tests médicaux in situ et la télédétection sur des véhicules ou des aéronefs autonomes. De plus, leurs travaux révèlent une nouvelle voie pour l’investigation de l’optique non linéaire basée sur les matériaux moirés.

“Idéalement, un seul appareil intelligent peut remplacer plusieurs éléments optiques encombrants, complexes et coûteux qui sont utilisés pour capturer les informations de la lumière, ce qui permet d’économiser considérablement de l’espace et des coûts”, a déclaré Chao Ma, étudiant diplômé du laboratoire de Xia et co-auteur principal. de l’étude.


Des chercheurs améliorent les ondes de densité de charge par l’ingénierie du moiré dans les hétérostructures torsadées


Plus d’information:
Chao Ma et al, détection infrarouge intelligente activée par la géométrie quantique de moiré accordable, Nature (2022). DOI : 10.1038/s41586-022-04548-w

Fourni par Yale School of Engineering and Applied Science

Citation: Un capteur quantique intelligent qui détecte simultanément l’intensité, la polarisation et la longueur d’onde de la lumière (17 mai 2022) récupéré le 18 mai 2022 sur https://phys.org/news/2022-05-intelligent-quantum-sensor-simultaneously-intensity .html

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