Aallossa kehitetty musta valoanturi ylitti ensimmäisenä maailmassa 100 prosentin hyötysuhteen
Aalto-yliopiston tutkijoiden kehittämä, mustaan piihin pohjautuva UV-valoanturi on saavuttanut yli 130 prosentin hyötysuhteen. Samalla se ylitti ensimmäisenä maailmassa 100 prosentin rajan, jota on tähän asti pidetty ulkoisen kvanttihyötysuhteen teoreettisena maksimina.
”Tulos oli niin hyvä, ettemme itsekään meinanneet ensin uskoa sitä. Siksi päätimme heti, että se pitää saada vahvistettua riippumattomilla mittauksilla”, Elektronifysiikan tutkimusryhmää vetävä professori Hele Savin kertoo.
Mittaukset suoritti Euroopan tarkimpia ja luotettavimpia mittauspalveluja tarjoava Saksan kansallinen metrologian instituutti, Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB, joka vastaa muun muassa metrijärjestelmän määritelmistä ja sen valvonnasta.
“Mittaustulokset nähtyäni tajusin välittömästi, että kyseessä oli merkittävä läpimurto – ja samalla myös tervetullut edistysaskel meille herkistä sensoreista unelmoiville metrologeille”, sanoo Lutz Werner, PTB:n säteilyilmaisinlaboratorion johtaja.
Ennätyksen salaisuus: ainutlaatuinen nanorakenne
100 prosentin ulkoisessa kvanttihyötysuhteessa jokaisesta fotonista saadaan talteen yksi elektroni. 130 prosentin hyötysuhde tarkoittaa, että jokaisesta fotonista saadaankin ulkoiseen virtapiiriin keskimäärin 1,3 elektronia.
Tutkijat osoittivat, että suuren ulkoisen kvanttihyötysuhteen salaisuus on niin sanottu korkeaenergisten fotonien aiheuttama elektronien monistuminen, joka tapahtuu mustasta piistä tehtyjen nanorakenteiden sisällä. Ilmiötä ei ole aiemmin havaittu kokeellisesti, sillä tavallisesti erilaiset optiset ja sähköiset häviömekanismit ovat peittäneet sen alleen.
”Käyttämämme häviöttömän nanorakenteen ansiosta signaalin vahvistusta ei tarvita, vaan kaikki monistuneet elektronit saadaan onnistuneesti talteen ilman erillistä ulkoista sähkökenttää”, Savin kertoo.
Käytännössä ennätyshyötysuhde tarkoittaa ennätysherkkiä antureita, jotka parantavat merkittävästi minkä tahansa valon mittaamista hyödyntävän laitteen suorituskykyä. Valon mittaamista hyödynnetään jo nyt laajasti esimerkiksi autoissa, matkapuhelimissa, älykelloissa ja lääketeknologian laitteissa.
”Herkille UV-valomittareille on paljon kysyntää esimerkiksi biotekniikan sovelluksissa ja teollisuusprosessien valvonnassa”, kertoo ennätysantureita kaupallistavan, Aallosta ponnistaneen Elfys Oy:n toimitusjohtaja TkT Mikko Juntunen.
Ennätyshyötysuhteeseen johtaneet tulokset on juuri hyväksytty julkaistavaksi arvostetussa Physical Review Letters -tiedelehdessä otsikolla Black-silicon ultraviolet photodiodes achieve external quantum efficiency above 130%.
Lisätietoja:
Professori Hele Savin, Aalto-yliopisto
puh. 050 541 0156
hele.savin@aalto.fi
Toimitusjohtaja, TkT Mikko Juntunen, ElFys Oy
puh. 040 860 9663
mikko.juntunen@elfys.fi
Lue lisää uutisia
Älykkäät tekstiilit uudistavat käsityksemme materiaaleista – ja lajienvälisestä viestinnästä
Euroopan tutkimusneuvosto ERC:n rahoituksen saanut PAST-A-BOT-tutkimushanke kehittää pehmeitä, älykkäitä tekstiilejä, jotka voivat tulevaisuudessa toimia pelastusrobotteina, ääntä aistivina maataloustekstiileinä tai avustavina vaatteina – ja samalla uudistavat tavan, jolla ajattelemme materiaalitutkimusta.
Tulevaisuuden tekijät tutkivat akkuja, tietojen salausta ja muovin kierrätystä
Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiö myönsi 3,5 miljoonaa euroa tutkimusrahaa kahdeksalle hankkeelle, joista viisi tuli Aalto-yliopistosta.
Sebastian Szyller: Tavoitteeni on tehdä koneoppimisesta luotettavampaa ja sietokykyisempää
Sebastian Szyller on nimitetty apulaisprofessoriksi Aalto-yliopiston tietotekniikan laitokselle 1.9.2025 alkaen. Szyller tutkii yksityisyyttä säilyttäviä koneoppimismalleja sekä niiden suojausta ja toimintavarmuutta.