Физики черпали вдохновение у пустынных муравьев для разработки нового фотодетектора.

Поляризационный фотодетектор (pol-PDs) — это устройство, предназначенное для измерения характеристик света, связанных с его поляризацией. Поляризация определяет направление колебаний электрического поля световой волны. Эта информация имеет ключевое значение для анализа свойств объектов, взаимодействующих со светом.

Одним из примеров применения поляризации являются солнечные очки с поляризационными линзами. Они блокируют часть солнечного света и уменьшают блики на воде, окнах и других отражающих поверхностях благодаря специальному покрытию, которое отсекает свет с определённым направлением поляризации.

Поляризационные фотодетекторы используются в геологическом дистанционном зондировании, машинном зрении и медицине. Тем не менее, такие устройства, как правило, требуют громоздких и сложных оптических компонентов, что затрудняет их интеграцию в существующие приборы и технологические цепочки.

Поляризационная визуализация обладает множеством преимуществ: она позволяет осуществлять многомерное обнаружение, обеспечивает высокую точность и контрастность, а также эффективно функционирует в условиях, затруднённых туманом. Поэтому исследователи активно ищут способы уменьшения размеров поляризационных фотодетекторов.

Команда физиков черпала вдохновение в способности пустынных муравьев-бегунков рода Cataglyphis различать поляризацию света. Благодаря этой уникальной способности муравьи могут возвращаться в свои гнёзда, ориентируясь по дневному небу, даже при отсутствии физических ориентиров. Их сложные фасеточные глаза позволяют им воспринимать поляризованное излучение солнца.

Исследователи смогли воспроизвести эту способность в своём поляризационном фотодетекторе. Они применили метод одноэтапной нанопечатной кристаллизации для изготовления высококристаллической перовскитной однослойной пленки с массивами решеток, ориентированных в четырёх направлениях.

Их новый метод и биологически вдохновлённая структура поверхности позволили создать компактный поляризационный фотодетектор, который обеспечивает запись данных за один цикл и формируется непосредственно на чипе с необходимыми элементами для обработки информации. В результате устройство не требует дополнительных оптических компонентов для работы с поляризацией. Исследование, проведённое под руководством профессора Ли Минчжу (Li Mingzhu), опубликовано в журнале Science Advances.

Кроме того, нанопечатная кристаллизация может стать универсальным методом для создания узорчатых перовскитных однослойных пленок с высокой оптоэлектронной производительностью и улучшенной способностью управления светом. Эта технология открывает новые возможности для разработки других биологически вдохновлённых поляризационных фотодетекторов.