بحث جديد حول كاشف الانهيارات الجليدية منخفض الأبعاد
تتمتع تقنيات الكشف عالي الحساسية للفوتونات القليلة، أو حتى الفوتونات المفردة، بآفاق تطبيقية واعدة في مجالات مثل التصوير في ظروف الإضاءة المنخفضة، والاستشعار عن بُعد، والقياس عن بُعد، بالإضافة إلى الاتصالات الكمومية. ومن بين هذه التقنيات، أصبحت كاشفات الانهيارات الضوئية (APD) توجهًا هامًا في مجال أبحاث الأجهزة البصرية الإلكترونية نظرًا لصغر حجمها وكفاءتها العالية وسهولة دمجها. تُعد نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) مؤشرًا مهمًا لكاشف الانهيارات الضوئية، الذي يتطلب كسبًا عاليًا وتيارًا معتمًا منخفضًا. تُظهر الأبحاث المتعلقة بوصلات فان دير فالس غير المتجانسة ثنائية الأبعاد (2D) آفاقًا واسعة في تطوير كاشفات الانهيارات الضوئية عالية الأداء. وقد اختار باحثون من الصين مادة WSe₂ شبه الموصلة ثنائية القطب ثنائية الأبعاد كمادة حساسة للضوء، وأعدوا بعناية بنية Pt/WSe₂/Ni.كاشف ضوئي APDمع أفضل وظيفة عمل مطابقة لحل مشكلة ضوضاء المكسب المتأصلة في APD التقليدية.
وقد اقترح الباحثونكاشف ضوئي للانهيارات الجليديةبالاعتماد على بنية Pt/WSe₂/Ni، حقق الباحثون كشفًا عالي الحساسية لإشارات الضوء شديدة الضعف عند مستوى الموجة اللحظية (fW) في درجة حرارة الغرفة. وقد اختاروا مادة أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد WSe₂، ذات الخصائص الكهربائية الممتازة، ودمجوها مع مواد أقطاب البلاتين والنيكل لتطوير نوع جديد من كاشفات الانهيارات الضوئية بنجاح. ومن خلال التحسين الدقيق لمطابقة دالة العمل بين البلاتين وWSe₂ والنيكل، صُممت آلية نقل قادرة على حجب ناقلات الضوء الداكنة بفعالية مع السماح بمرور ناقلات الضوء المولدة بشكل انتقائي. وتُقلل هذه الآلية بشكل كبير من الضوضاء الزائدة الناتجة عن تأين اصطدام الناقلات، مما يُمكّن كاشف الضوء من تحقيق كشف عالي الحساسية للإشارات الضوئية عند مستوى ضوضاء منخفض للغاية.
توضح هذه الدراسة الدور الحاسم الذي تلعبه هندسة المواد وتحسين الواجهة في تحسين أداءأجهزة الكشف الضوئيبفضل التصميم المبتكر للأقطاب الكهربائية والمواد ثنائية الأبعاد، تم تحقيق تأثير حجب الناقلات المظلمة، مما قلل بشكل كبير من تداخل الضوضاء وحسّن كفاءة الكشف. لا يقتصر أداء هذا الكاشف على خصائصه الكهروضوئية فحسب، بل يتمتع أيضًا بآفاق تطبيقية واسعة. بفضل قدرته الفعالة على حجب التيار المظلم في درجة حرارة الغرفة وامتصاصه الفعال للناقلات المولدة ضوئيًا، يُعد هذا الكاشف الضوئي مناسبًا بشكل خاص للكشف عن إشارات الضوء الضعيفة في مجالات مثل الرصد البيئي والرصد الفلكي والاتصالات البصرية. لا يوفر هذا الإنجاز البحثي أفكارًا جديدة لتطوير كواشف ضوئية للمواد منخفضة الأبعاد فحسب، بل يوفر أيضًا مراجع جديدة لأبحاث وتطوير الأجهزة الإلكترونية البصرية عالية الأداء ومنخفضة الطاقة في المستقبل.
وقت النشر: ٢٧ أغسطس ٢٠٢٥