پژوهشی چارچوبی برای خوانش آشکارسازهای نوری ساخته‌شده از مواد دوبعدی (2D) ارائه می‌کند

گروهی از پژوهشگران که بیشترشان در Sichuan University در شهر چنگدو چین کار می‌کنند، چارچوبی منتشر کرده‌اند که هدفش کمک به آشکارسازهای نوری ساخته‌شده از مواد دوبعدی (2D) برای گذار از مطالعات آزمایشگاهی روی یک قطعهٔ منفرد به استفاده در سامانه‌های بزرگ‌تر است. این مقالهٔ دسترسی آزاد در نشریهٔ Nature Communications منتشر شده است. نشریه آن را نسخهٔ اولیهٔ پژوهشی داوری‌شده و پذیرفته‌شده معرفی می‌کند که ممکن است پیش از جایگزین شدن با نسخهٔ نهایی رسمی (Version of Record) همچنان ویرایش شود.

آشکارسازهای نوری قطعاتی حساس به نور هستند که هنگام رسیدن نور به آن‌ها جریانی الکتریکی به نام جریان نوری تولید می‌کنند. به گفتهٔ نویسندگان، پژوهش‌ها دربارهٔ آشکارسازهای مبتنی بر مواد 2D بیشتر بر افزایش پاسخ‌دهی آن‌ها متمرکز بوده است، در حالی که مشکل دیگری مانع پیشرفتشان می‌شود: رسانایی نوری ماندگار ( PPC ) که تله‌ها بر آن حاکم‌اند. به بیان ساده، نقص‌های ماده بر رفتار جریان اثر می‌گذارند، بنابراین خروجی به تاریخچهٔ اخیر آشکارساز وابسته می‌شود. نویسندگان رانش، پسماند و خستگی‌ای را توصیف می‌کنند که به مرور زمان انباشته می‌شود. از نگاه آنان، این امر به ناهمخوانی میان آنچه قطعه ارائه می‌دهد و آنچه سامانهٔ متصل انتظار دارد منجر می‌شود و گام برداشتن از قطعه به سامانهٔ کارا را کند می‌کند.

این گروه به‌جای آنکه این اثرات را فقط نقص بداند، آن‌ها را به‌عنوان اطلاعاتی دربارهٔ وضعیت قطعه بازتعریف می‌کند که می‌توان آن را تعریف، اصلاح و به الکترونیک منتقل کرد. این چارچوب میان‌لایه‌ای نامیده می‌شود، زیرا چند سطح را هم‌زمان پوشش می‌دهد: تحلیل سازوکارهای نقص در ماده، تعریف سیگنال‌هایی که با زمان تغییر می‌کنند (سیگنال‌های ناایستا)، جبران اعوجاج دینامیکی، و مهندسی رابط خوانشی که آشکارساز را به بقیهٔ سامانه پیوند می‌دهد. پژوهشگران آن را روی آشکارسازهایی ساخته‌شده از سه مادهٔ 2D به کار بستند: MoS2، WSe2 و PtSe2.

بر اساس چکیده، بازسازی ساختار رابط و پایدارسازی خوانش به گروه امکان داد جریان‌های نوری در سطح nW را که با وضعیت قطعه تغییر می‌کنند، بر یک رابط خوانش سیگنال مختلط نگاشت کند؛ یعنی مدارهایی که جریان‌های کوچک آشکارساز را به خروجی سامانه تبدیل می‌کنند. سپس این گروه روش را به آرایه‌هایی از آشکارسازها که یک خروجی یکپارچهٔ مشترک دارند و نیز به تلفیق سیگنال‌های چند حسگر گسترش داد. یک شیوهٔ بازنمایی داده با هدایت بسامدی در یک وظیفهٔ بینایی ماشین ارزیابی شد؛ چکیده ارقامی از عملکرد در آن آزمون ارائه نمی‌کند.

نویسندگان نتیجه می‌گیرند که پاسخی که PPC آن را پیش می‌برد و به آنچه قطعه پیش‌تر تجربه کرده وابسته است، باید به‌عنوان «سیگنالی رمزگذاری‌شده با وضعیت» خوانده شود که رفتار نقص‌ها، خوانش و وظایف سامانه را به هم پیوند می‌دهد، نه صرفاً به‌عنوان نقصی در یک قطعهٔ منفرد. آنان این کار را مسیری مهندسی از مطالعات در سطح قطعه به کاربردهای در سطح سامانه توصیف می‌کنند؛ چکیده به محصولات یا جدول زمانی نمی‌پردازد. تأمین مالی از سوی National Natural Science Foundation of China، National Key Research and Development Program of China و Sichuan Science and Technology Foundation انجام شده و نویسندگان اعلام کرده‌اند که هیچ تعارض منافعی ندارند.