Naukowcy z Japonii opracowali fotodiody, które z ciągu zaledwie milisekund potrafią wykryć pewny rodzaj wysokoenergetycznego promieniowania ultrafioletowego zwanego UVC, które jest wystarczająco silne aby rozerwać łańcuch DNA a także szkodliwe w skutkach dla istot żywych.
Chociaż promieniowanie UV nie dociera do powierzchni Ziemi dzięki powłoce działającej niczym parasolka osłaniająca nas przed kroplami deszczu, może ono przenikać poprzez dziury w warstwie ozonowej bądź też mniejsze szczeliny. Monitorowanie promieniowania UV jest sposobem na śledzenie poszerzania się dziury ozonowej w okolicach krainy wiecznego lodu – Antarktydy, za co odpowiedzialne są fotodiody mierzące fale UVC stosowane również jako czujniki płomieni oraz w celu komunikacji w przestrzeni kosmicznej. Obecnie Shinji Nakagomi i jego współpracownicy z Ishinomaki Senshu University w Japonii skonstruowali nowy rodzaj fotodiody, wykrywającej cały zakres światła UVC pozostając tym samym obojętną na światło widzialne emitowane bezpośrednio przez naszą gwiazdę, co do tej pory było zmorą projektantów detektorów tego rodzaju. Będąc neutralnymi na widzialne światło słoneczne, nowe fotodiody są zdecydowanie bardziej czułe w zakresie fali UVC, co skutkuje większą skutecznością oraz użytecznością.
Niektóre konwencjonalne detektory zbudowane są z lamp próżniowych, jednakże cechują się niską żywotnością, znacznym rozmiarem oraz są po prostu nieporęczne. Obecnie większość czujników działa na zasadzie złączy p-n (positive-negative) w których półprzewodnik niosący ładunek dodatni (niedobór elektronów zwany dziurami) jest połączony z półprzewodnikiem przenoszącym elektrony. Gdy światło o odpowiedniej energii (krótkiej fali) bombarduje atomy blisko powierzchni pomiędzy dwoma półprzewodnikami – zwanymi typu p oraz typu n – generuje poruszające się elektrony oraz dziury powodując przepływ prądu elektrycznego przez złącze p-n co uwidacznia się w postaci sygnalizacji obecności fali elektromagnetycznej.
Wykorzystywane obecnie fotodiody są wykonane z materiałów takich jak azotek glinu czy też diament, i są czułe w ograniczonym zakresie światła UVC. Zaproponowany przez badaczy z Japonii tlenek galu (Ga2O3) jest obiecującym materiałem ze względu na jego wrażliwość w całym przedziale promieniowania UVC oraz obojętność na światło widzialne. Problemem pozostaje wykonanie tlenku galu typu-p. Odchodząc od klasycznej koncepcji budowy złącza p-n, naukowcy wykonali “heterozłącze” opierające się na jednej płytce zawierającej dwa rodzaje półprzewodników. Zespół użył do tego celu tlenku galu oraz węglika krzemu, uzyskując konstrukcję reagującą błyskawicznie na promieniowanie UV – w ciągu kilku milisekund. Nowe obiecujące rozwiązanie wkrótce zostanie wprowadzone do detektorów UV. W jakim zakresie pomoże ono naukowcom badającym zjawiska elektromagnetyczne? Okaże się wkrótce. . .
Źródła:
[1] Ultraviolet steel by brx0, flickr.com, CC BY 2.0
[2] Shinji Nakagomi, Toshihiro Momo, Syuhei Takahashi, Yoshihiro Kokubun. Deep ultraviolet photodiodes based on β- Ga2O3/SiC heterojunction. Applied Physics Letters, 2013; 103 (7): 072105 DOI: 10.1063/1.4818620
[3] http://apl.aip.org/resource/1/applab/v103/i7/p072105_s1?isAuthorized=no | 07.10.2013