Onderzoekers van de Technische Universiteit in Eindhoven en de Universiteit van Waterloo in Canada hebben een kwantumsensor ontwikkeld voor de detectie van individuele lichtdeeltjes. Met deze nieuwe sensor wordt het mogelijk om de kwaliteit van lange-afstands-3D-beelden en het monitoren van kankermedicijnen aanzienlijk te verbeteren.
De sensoren zijn de eerste in hun soort en zijn gebaseerd op halfgeleidende nanodraadjes. Hiermee kunnen afzonderlijke lichtdeeltjes met een hoge snelheid, tijdsresolutie en efficiëntie worden gedetecteerd over een breed spectrum, van ultraviolet tot nabij-infrarood. “Een sensor moet heel efficiënt licht kunnen detecteren. Bij toepassingen als een kwantumradar, bewakingscamera’s en nachtelijke operaties, bereiken maar heel weinig lichtdeeltjes – zogenaamde fotonen – het apparaat”, zegt hoofdonderzoeker Michael Reimer van de Universiteit van Waterloo. “In dat soort gevallen wil je elk foton dat binnenkomt, ook zien”.
De onderzoekers hebben een raamwerk van taps toelopende nanodraadjes gemaakt dat fotonen omzet in een elektrische stroom die kan worden versterkt en gedetecteerd. De sensor is zo snel en efficiënt dat hij een enkel foton kan absorberen en detecteren. Bovendien is hij na enkele nanoseconden weer klaar om het volgende foton te absorberen.
Deze nanodraadjes zijn ontwikkeld door een team van onderzoekers van de TU/e, onder wie Erik Bakkers en Jos Haverkort van de faculteit van Technische Natuurkunde. Bakkers: “We hebben met nanodraadjes heel efficiënte zonnecellen ontwikkeld om zonlicht om te zetten in stroom. Michael Reimer is actief op het gebeid van kwantumoptica, en heeft een paar van die cellen meegenomen naar Canada en laten zien dat ze ook heel geschikt zijn om afzonderlijke fotonen te detecteren. Dat hadden we eerlijk gezegd niet verwacht.”
De quantumsensor heeft tal van mogelijke toepassingen. Denk aan remote sensing, het maken van hogesnelheidsopnamen vanuit de ruimte, lange-afstandsbeelden met een hoge 3D-resolutie en het monitoren van kankermedicijnen. Het team van onderzoekers werkt nu aan een prototype dat ook buiten het lab getest kan worden want volgens Reimer gaan een hoop onderzoeksgebieden en industriële toepassingen profiteren van een kwantumsensor met deze eigenschappen.
Dit onderzoek werd mede mogelijk gemaakt door subsidies van het Canada First Research Excellence Fund (CFREF).
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
