Des ingénieurs en électricité de l’Université Duke ont présenté le photodétecteur pyroélectrique le plus rapide à ce jour, qui fonctionne en absorbant la chaleur générée par la lumière incidente.
Capable de capter la lumière de l’ensemble du spectre électromagnétique, ce dispositif ultra-fin ne nécessite aucune alimentation externe, fonctionne à température ambiante et peut être facilement intégré dans des applications sur puce. Cette avancée pourrait constituer la base d’une nouvelle classe de caméras multispectrales susceptibles d’impacter un large éventail de domaines tels que la détection du cancer de la peau, l’inspection de la sécurité alimentaire et l’agriculture à grande échelle.
Fondement des caméras numériques traditionnelles, les photodétecteurs à semi-conducteurs fonctionnent en générant un courant électrique lorsqu’ils sont frappés par la lumière visible, interprété par un ordinateur en une image cohérente. Mais les semi-conducteurs, comme les yeux humains, ne peuvent voir qu’une plage étroite de fréquences du spectre électromagnétique.
Une approche courante pour capter des fréquences lumineuses plus exotiques utilise des détecteurs pyroélectriques, qui génèrent des signaux électriques lorsqu’ils sont chauffés après avoir absorbé la lumière. Mais ces types de dispositifs ont longtemps été à la traîne par rapport à l’efficacité des caméras numériques traditionnelles de multiples façons, car produire suffisamment de chaleur pour les fréquences difficiles à capter les rend volumineux et lents.
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« Les détecteurs pyroélectriques commerciaux ne sont pas très sensibles, ils ont donc besoin d’une lumière très vive ou d’absorbeurs très épais pour fonctionner, ce qui les rend naturellement lents car la chaleur ne se déplace pas si vite », explique Maiken Mikkelsen, professeur de génie électrique et informatique à Duke. « Notre approche intègre astucieusement des absorbeurs quasi parfaits et des pyroélectriques ultra-minces pour atteindre un temps de réponse de 125 picosecondes, ce qui représente une énorme amélioration pour le domaine. »
“Metasurface-Enhanced Thermal Photodetector Operating at Gigahertz Frequencies.” Eunso Shin, Rachel E. Bangle, Nathaniel C. Wilson, Stefan B. Nikodemski, Jarrett H. Vella, Maiken H. Mikkelsen. Advanced Functional Materials, 2025. DOI: 10.1002/adfm.202420953
Source : Duke Pratt U.
