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Detectores cuánticos de infrarrojo a temperatura ambiente

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El profesor de nuestro departamento Álvaro de Guzmán Fernández ha desarrollado nuevas estructuras de detectores cuánticos de infrarrojo que pueden operar a temperatura ambiente. Este trabajo ha sido realizado durante el transcurso de una estancia de un año en el Paul Drude Institut für Festkörperelektronik de Berlín (Alemania), en colaboración con el  departamento de espectroscopía de semiconductores, dentro del  grupo de láseres de cascada cuántica del citado instituto. Los resultados se enmarcan dentro del proyecto “Laterally biased Quantum IR detectors”, FA8355-12-1-3006, financiado por el Air Force Research Laboratory (AFRL-USA) del que el profesor Álvaro de Guzmán es Investigador Principal.

Los detectores cuánticos de IR “Quantum Well Infrared Photodetectors” (QWIP) están basados en transiciones electrónicas entre estados confinados en un pozo cuántico. Al contrario que los detectores térmicos convencionales, estos dispositivos poseen un tiempo de respuesta muy corto, por lo tanto pueden ser utilizados como elementos activos en cámaras de IR de alta velocidad. Existen cámaras comerciales con QWIPs que pueden capturar imágenes en el espectro infrarrojo a velocidades de 100 frames/s [1]. No obstante, los elementos activos de estas cámaras necesitan ser enfriados a temperaturas criogénicas (77 K) por lo que dichas cámaras contienen sistemas de refrigeración pesados y costosos.

En este caso, la colaboración entre el ISOM y el Instituto Paul Drude ha permitido desarrollar nuevas estructuras de QWIPs que operan a temperatura ambiente. Se ha demostrado su funcionamiento en el infrarrojo medio [2,3,4,5] y se ha estudiado su viabilidad para extender su intervalo de operación a la región de los THz. Esta radiación es muy interesante para la seguridad gracias a sus excelentes propiedades de penetración sin ionización. Actualmente ya se emplean escáneres de THz en algunos aeropuertos en sustitución de los arcos detectores de metales. No obstante, es necesario que cada pasajero se detenga durante unos segundos delante del sistema para capturar su imagen.

Los resultados obtenidos en esta estancia pueden ser de gran interés para la fabricación de una nueva generación de escáneres rápidos que puedan examinar la presencia de objetos ocultos en personas caminando a paso normal.

El grupo de láseres de cascada cuántica del Paul Drude Institut für Festkörperelektronik posee amplia experiencia en el desarrollo de dispositivos que trabajan en la región de THz. Como ejemplo, este grupo colabora con la NASA en el programa SOFIA (“Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy”) desarrollando láseres de THz que se emplean en  osciladores locales de receptores [6].

[1] http://www.ir-nova.se

[2] “Room Temperature Operation of Laterally Biased Quantum Well Infrared Photodetectors”, Álvaro Guzmán, Raquel Gargallo‐Caballero, Xiang Lü, and Holger T.Grahn, presentación oral, 19th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2016), Montpellier, (France), 4th – 9th September 2016.

[3] “Laterally Biased Structures for Room Temperature Operation of Quantum-Well Infrared Photodetectors”, Álvaro Guzmán, Raquel Gargallo-Caballero, Xiang Lü, and Holger T. Grahn, Journal of Crystal Growth, en prensa.

[4] “High temperature photoresponse of double Quantum-Well Infrared Photodetectors using laterally biased structures”, Á. Guzmán, R. Gargallo-Caballero, R. San Román and H.T. Grahn, conferencia invitada, German-Japanese-Spanish Joint Workshop on Frontier Photonic and Electronic Materials and Devices, Mallorca (Spain) 5-8 Marzo, 2017.

[5] “Laterally Biased Quantum-Well Infrared Photodetectors Operating at Room Temperature with Low Dark Currents”, Álvaro Guzmán, Rocío San-Román, Raquel Gargallo-Caballero, and Holger T. Grahn, enviado a IEEE Journal of Selected Topics on Quantum Electronics.

[6] https://www.nasa.gov/mission_pages/SOFIA/index.html

 

 

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