es.wedoany.com Noticia: Un equipo de investigación de la Universidad de Nagoya (Nagoya University) ha desarrollado nanoláminas de óxido de zinc dopado con galio que permiten que un solo píxel detecte simultáneamente luz roja, verde y azul. Este material podría utilizarse en dispositivos compactos como teléfonos inteligentes y endoscopios médicos para mejorar la resolución de las cámaras.
A diferencia de los sensores tradicionales, estas nanoláminas, al mantenerse casi transparentes, permiten que un solo píxel detecte la intensidad de la luz roja, verde y azul. El material es ultrafino, ligero y puede soportar temperaturas de hasta 400 grados Celsius, lo que lo hace adecuado para entornos extremos como hardware espacial y sistemas automotrices. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista ACS Nano.
La mayoría de las cámaras comerciales utilizan un filtro Bayer, que dispone filtros de color rojo, verde y azul en un patrón de tablero de ajedrez sobre los píxeles. Dado que cada píxel percibe solo un color, la imagen a todo color debe reconstruirse a partir de píxeles adyacentes. Si un solo píxel pudiera detectar los tres colores, el número total de píxeles podría reducirse hasta en un 75%, lo que permitiría reducir el tamaño del sensor manteniendo la resolución de la imagen. Las nanoláminas transparentes son ideales para este enfoque, ya que permiten el paso de la luz y pueden apilarse verticalmente en múltiples capas, cada una detectando un color diferente. Este sensor también elimina los complejos procesos de semiconductores necesarios para los sensores RGB tradicionales, simplificando la producción y reduciendo los costos.
El equipo de investigación, liderado por el profesor Minoru Osada del Instituto de Materiales y Sistemas para la Sostenibilidad (Institute of Materials and Systems for Sustainability, Nagoya University), junto con Ruben Canton-Vitoria y Vivid Meelab, se centró en nanoláminas de óxido de zinc, un material altamente transparente y químicamente estable. Sin embargo, experimentos iniciales mostraron que estas nanoláminas tenían una respuesta débil a la luz visible, lo que limitaba su aplicación en sensores de cámara. Para superar esta limitación, el equipo personalizó la estructura electrónica del óxido de zinc añadiendo galio, creando estados de trampa que pueden capturar electrones y convertir la luz en señales eléctricas. Esta mejora permitió que las nanoláminas respondieran fuertemente a la luz visible mientras mantenían su transparencia.
El análisis mostró que las nanoláminas de óxido de zinc dopado con galio convierten solo el 0.005% de la energía lumínica absorbida en fotocorriente, mientras que cada capa transmite el 99.995% de la luz visible. A pesar de la eficiencia energética extremadamente baja, las nanoláminas mejoradas lograron una sensibilidad de 800 amperios por vatio, superando con creces los típicos 10 amperios por vatio de los sensores comerciales. Los estados de trampa permiten una fuerte respuesta a la pequeña cantidad de luz absorbida, mientras que la mayor parte de la luz se transmite a las capas posteriores. Esta característica permite un apilamiento selectivo de colores. El equipo desarrolló un sensor ultrafino: la primera capa de óxido de zinc dopado con galio utiliza estados de trampa fotoactivos para detectar todo el espectro visible; después de filtrar la luz roja, la segunda capa de óxido de zinc dopado con galio detecta los componentes de luz verde y azul; finalmente, a través de un filtro de corte verde, la última capa detecta solo la luz azul. Los experimentos confirmaron que el dispositivo reprodujo con éxito imágenes a todo color, con un error de solo la mitad en comparación con las cámaras tradicionales. Minoru Osada indicó que este sensor óptico es muy similar a la forma en que el ojo humano distingue los colores rojo, verde y azul, y que el cerebro reconstruye el color combinando las respuestas de tres tipos de células visuales.
Además del rendimiento óptico, el dispositivo mantiene una respuesta fotoeléctrica estable a temperaturas de hasta 400 grados Celsius en aire, y muestra un rendimiento consistente en condiciones de vacío y humedad. El sensor también puede fabricarse mediante un proceso de solución a temperatura ambiente, sin necesidad de los tratamientos a alta temperatura y la micro fabricación compleja requeridos por los sensores tradicionales. Al integrar múltiples funciones de detección de luz en un solo dispositivo, el equipo demuestra un camino hacia dispositivos optoelectrónicos más pequeños, más integrados y de mayor rendimiento que las cámaras actuales, y a un costo menor.
