Polscy naukowcy zbudowali elektrodę, która jednocześnie dobrze przewodzi prąd i przepuszcza 94 procent promieniowania podczerwonego. Dotychczas osiągnięcie obu tych właściwości naraz było trudne — im lepsze przewodzenie, tym większe straty promieniowania. Wyniki prac zespołu z Politechniki Łódzkiej, Łukasiewicz – Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki, Politechniki Wrocławskiej oraz Politechniki Warszawskiej ukazały się w czasopiśmie naukowym „Light: Science & Applications”.
Problem, który utrudniał pracę detektorów i laserów
W urządzeniach takich jak kamery termowizyjne, lasery podczerwone, czujniki gazów czy systemy LiDAR do aktywnego elementu trzeba jednocześnie doprowadzić prąd i przepuścić promieniowanie. Klasyczna elektroda metalowa dobrze przewodzi, ale odbija lub pochłania podczerwień. W zakresie światła widzialnego problem ten częściowo rozwiązuje się za pomocą przezroczystych powłok przewodzących — na przykład tlenku indu i cyny (ITO) — obecnych w ekranach dotykowych i ogniwach fotowoltaicznych. W podczerwieni ta sama metoda zawodzi: fale są dłuższe, a swobodne elektrony odpowiedzialne za przepływ prądu znacznie silniej z nimi oddziałują. Poprawa przewodzenia prowadziła więc do większych strat promieniowania i odwrotnie — lepsza transmisja oznaczała słabsze przewodzenie.
Złoto i arsenek galu w jednej strukturze
Zespół zaproponował inne podejście: zamiast jednorodnej cienkiej warstwy stworzono mikrostrukturę złożoną z arsenku galu — półprzewodnika szeroko stosowanego w optoelektronice — z bardzo cienkimi paskami złota ułożonymi w regularny wzór. Złoto zapewnia przepływ prądu, ale zostało rozmieszczone tak, żeby fala podczerwona jak najmniej traciła energię przy przejściu przez elektrodę. Kluczowe jest to, że wymiary tej struktury są mniejsze niż długość fali podczerwieni. Promieniowanie nie reaguje na nią jak na siatkę dyfrakcyjną, lecz jak na jednorodną warstwę optyczną o dobranych właściwościach. Badacze nazywają ją skrótem metalMHCG — metalicznie zintegrowana monolityczna siatka o wysokim kontraście.
Oprócz dobrego przewodzenia i wysokiej transmisji struktura zachowuje się jak warstwa antyrefleksyjna — ogranicza odbicia na granicy półprzewodnik–powietrze, które normalnie powodują dodatkowe straty. Wykonane elektrody miały powierzchnię przekraczającą 1 cm², co w skali mikrotechnologii oznacza przybliżenie do wymiarów rzeczywistych układów optoelektronicznych. Lepsza transmisja w tego typu urządzeniach bezpośrednio przekłada się na silniejszy sygnał, większą czułość sensorów i mniejsze zapotrzebowanie na energię.
