Cientistas criaram um sensor de imagem funcional com 900 pixels de espessura de um átomo

A descoberta do grafeno levou os cientistas a experimentar outros materiais “bidimensionais” que podem criar estruturas com um ou apenas alguns átomos de espessura. Normalmente, esses experimentos não terminam com a criação de dispositivos funcionais, mas há exceções – recentemente, os cientistas criaram um sensor de imagem funcional baseado em um semicondutor “bidimensional”.

Cada quadrado é um filme monoatômico de dissulfato de molibdênio. Fonte da imagem: arstechnica.com

Após a descoberta do grafeno e suas propriedades, os cientistas descobriram muitos outros materiais que também são capazes de formar filmes atômicos finos. Alguns desses materiais, como o grafeno, são compostos por um único elemento químico, enquanto outros são formados por vários produtos químicos que podem construir sua estrutura em uma camada de um ou mais átomos de espessura. A maioria desses novos materiais tem propriedades únicas. Embora o grafeno seja um excelente condutor de eletricidade, vários outros materiais são semicondutores. Além disso, suas propriedades podem ser alteradas dependendo de como as camadas de átomos estão localizadas na estrutura.

Normalmente, os cientistas exploram as possibilidades desses novos materiais em dispositivos experimentais e protótipos, que muitas vezes mostram velocidades recordes ou miniaturas, mas não são dispositivos totalmente funcionais. Mas outro dia, um grupo de pesquisadores decidiu ir além de meras demonstrações e construiu um sensor de imagem de 900 pixels usando um material atomicamente fino.

A maioria dos sensores de imagem (matrizes) em dispositivos modernos de foto e vídeo consiste em semicondutores de silício padrão fabricados com a tecnologia CMOS. Mas o que acontece se você substituir o silício por outro semicondutor? Nesse caso, os pesquisadores usaram dissulfeto de molibdênio, um material atomicamente fino que encontrou amplo uso em dispositivos experimentais.

A criação de uma nova matriz começou com o crescimento de um filme atômico de dissulfeto de molibdênio em um substrato de safira por deposição de vapor. Em seguida, foi removido da safira e transferido para uma superfície pré-preparada de dióxido de silício, na qual a fiação já havia sido gravada. Outro fio foi aplicado por cima. O resultado final desse processo é uma grade de 30 por 30 pixels, onde cada pixel é um microdispositivo composto por uma fonte e um eletrodo dreno conectados por uma camada de átomos de dissulfeto de molibdênio. A luz que incide na grade cria uma carga em cada um dos pixels, o que afeta a capacidade de transferir corrente entre os eletrodos de fonte e dreno. A diferença de resistência entre os pixels permite determinar o grau de iluminação e, assim, obter informações sobre a imagem.

O novo tipo de matriz usa muito pouca energia para operar. Os pesquisadores estimam que menos de um picoJoule é consumido por pixel. Também é muito simples limpar a matriz de cargas aplicando uma forte tensão entre os eletrodos de fonte e dreno. Outra vantagem importante é a alta sensibilidade à luz e o baixo nível de ruído.

Também existem desvantagens. O ponto fraco do novo aparelho é a velocidade. Embora a resposta inicial do sensor à luz possa ser registrada em apenas 100 nanossegundos, uma exposição total de alto contraste requer um segundo por cor. Por exemplo, o azul leva mais de dois segundos para ser exposto e o vermelho leva quase 10 segundos para ser totalmente exposto. Portanto, não se deve esperar que com a ajuda da nova matriz já seja possível gravar vídeos em um celular. Por outro lado, isso não significa de forma alguma que o novo dispositivo seja inútil. Existem muitas tarefas e aplicações em que a sensibilidade à luz e o consumo de energia têm precedência sobre a velocidade, por exemplo, todos os tipos de sensores e sensores. Os desenvolvedores deste dispositivo veem boas perspectivas para sua aplicação no campo da IoT.