Ufanisi wa quantum wa kigunduzi cha picha huvunja kikomo cha kinadharia

Kulingana na mtandao wa shirika la wanafizikia hivi karibuni uliripoti kwamba watafiti wa Kifini wameunda kigunduzi cha picha cha silikoni cheusi chenye ufanisi wa nje wa quantum wa 130%, ambayo ni mara ya kwanza kwa ufanisi wa vifaa vya photovoltaic kuzidi kikomo cha kinadharia cha 100%, ambacho kinatarajiwa kuboresha sana ufanisi wa vifaa vya kugundua picha, na vifaa hivi vinatumika sana katika magari, simu za mkononi, saa mahiri na vifaa vya matibabu.

Kigunduzi cha picha ni kitambuzi kinachoweza kupima mwanga au nishati nyingine ya sumakuumeme, kubadilisha fotoni kuwa mkondo wa umeme, na fotoni zinazofyonzwa huunda jozi za elektroni-mashimo. Kigunduzi cha picha kinajumuisha fotodiodi na fototransista, n.k. Ufanisi wa quantum hutumika kufafanua asilimia ya fotoni zinazopokelewa na kifaa kama vile kigunduzi cha picha kuwa jozi ya fotoni-mashimo, yaani, ufanisi wa quantum ni sawa na idadi ya elektroni zinazozalishwa na picha zilizogawanywa na idadi ya fotoni za tukio.

Wakati fotoni ya tukio inapotoa elektroni kwenye saketi ya nje, ufanisi wa quantum ya nje ya kifaa ni 100% (hapo awali ilidhaniwa kuwa kikomo cha kinadharia). Katika utafiti wa hivi karibuni, kigunduzi cha picha cha silikoni nyeusi kilikuwa na ufanisi wa hadi asilimia 130, ambayo ina maana kwamba fotoni moja ya tukio hutoa takriban elektroni 1.3.

Kulingana na watafiti wa Chuo Kikuu cha Aalto, silaha ya siri nyuma ya mafanikio haya makubwa ni mchakato wa kuzidisha chaji-kibebaji kinachotokea ndani ya muundo wa kipekee wa kigunduzi cha picha cha silikoni nyeusi, ambacho husababishwa na fotoni zenye nishati nyingi. Hapo awali, wanasayansi hawakuweza kuona jambo hilo katika vifaa halisi kwa sababu uwepo wa hasara za umeme na macho ulipunguza idadi ya elektroni zilizokusanywa. "Vifaa vyetu vilivyo na muundo wa nano havina mfuatano na hakuna upotevu wa kuakisi, kwa hivyo tunaweza kukusanya chaji zote zilizozidishwa," alielezea kiongozi wa utafiti Profesa Hera Severn.

Ufanisi huu umethibitishwa na Taasisi ya Teknolojia ya Kimwili ya Jumuiya ya Kitaifa ya Metrology ya Ujerumani (PTB), huduma ya vipimo sahihi na ya kuaminika zaidi barani Ulaya.

Watafiti wanabainisha kuwa ufanisi huu wa rekodi unamaanisha kwamba wanasayansi wanaweza kuboresha sana utendaji wa vifaa vya kugundua umeme wa picha.

"Vigunduzi vyetu vimeibua shauku kubwa, hasa katika maeneo ya bioteknolojia na ufuatiliaji wa michakato ya viwanda," alisema Dkt. Mikko Juntuna, Mkurugenzi Mtendaji wa ElfysInc, kampuni inayomilikiwa na Chuo Kikuu cha Aalto. Inaripotiwa kwamba wameanza kutengeneza vigunduzi hivyo kwa matumizi ya kibiashara.