Cam mawr ymlaen ym maes synwyryddion dot cwantwm

Mae tîm dan arweiniad Prifysgol Caerdydd wedi datblygu synhwyrydd dot cwantwm agos-isgoch perfformiad uchel gydag ymatebolrwydd mwy nag erioed, sy’n paratoi’r ffordd ar gyfer delweddu biofeddygol mewn golau isel sy’n trosglwyddo gwybodaeth optegol y genhedlaeth nesaf.

Mae tîm ymchwil rhyngwladol dan arweiniad Dr Bo Hou wedi datblygu math newydd o synhwyrydd delweddau ymatebolrwydd uchel sy'n agor llwybrau newydd i ddefnyddio technolegau trosglwyddo delweddau dos-isel agos-isgoch.

Mae tîm Prifysgol Caerdydd wedi creu ffototransistor dot cwantwm coloidaidd wedi’i brosesu mewn hydoddiant gan ddefnyddio dotiau cwantwm plwm sylffid (PbS) wedi’u haddasu gyda ligandau cadwyn hir. Mae'r dyfeisiau sy'n dilyn yn cynnig ymatebolrwydd arbennig o hyd at 20,000 A/W ac yn gallu dangos a throsglwyddo delweddau sefydlog hyd yn oed mewn golau gwan.

Cyhoeddwyd yr astudiaeth yn Light: Science & Applications - cyfnodolyn blaenllaw Natur- o dan y teitl"Ffototransistorau dot cwantwm coloidaidd ymatebolrwydd uchel ar gyfer canfod golau dos-isel agos-isgoch a throsglwyddo delweddau’’

"Rheoli" dotiau cwantwm i wella perfformiad

Mae synwyryddion agos-isgoch yn bwysig iawn ar gyfer cymwysiadau synwyryddion biofeddygol, iechyd symudol, systemau weledigaeth cerbydau, a throsglwyddo delweddau optegol. Er hynny, mae synwyryddion traddodiadol sy'n seiliedig ar ddeunyddiau megis InGaAs a HgCdTe yn gostus ac yn defnyddio llawer o ynni i’w cynhyrchu.

Mae dotiau cwantwm PbS coloidaidd yn ddewis amgen cost isel addawol, ond dydyn nhw ddim yn gweithio mor dda ers tro oherwydd bod y ddyfais yn colli gwefr drydanol yn anfwriadol ac yn atal gwefrau rhag symud fel y dylen nhw. Er mwyn goresgyn hyn, defnyddiodd tîm Prifysgol Caerdydd foleciwlau dithiol cadwyn hir, megis 1,10 Dichloro Diphenyl Trichloroethane (DDT) sy'n gweithredu fel "rheolwyr" moleciwlaidd. Maen nhw’n cyfyngu ar symudiad ochrol y moleciwl rhwng y dotiau cwantwm wrth wella’r chwistrelliad gwefr fertigol i mewn i sianel lled-ddargludyddion y ddyfais.

Delweddu yn y tywyllwch

Dangosodd arbrofion systematig beth sy’n gwneud y dull mor arbennig:

• Cafodd ceryntau sy’n gollwng yn ochrol eu lleihau hyd at 10,000 gwaith o’i gymharu â ligandau cadwyn fer draddodiadol.
• Dangosodd y prawf prin drawiad diffreithiant pelydr-x (GIXRD) bod aliniad y dot cwantwm yn cael ei amharu, ac felly’n lleihau llwybrau dargludiad diangen.
• Roedd profion ffoto-ymoleuedd trochoeri a dadansoddiad o’r diffygion yn dangos bod chwistrelliad y cludydd yn gwella ac yn lleihau’r nifer o electronau sy’n cael eu colli drwy ail-gyfuno.

Mae'r gwelliannau hyn wedi arwain at ddyfais sy’n cynnig ymatebolrwydd 10¹⁴ Jones blaenllaw yn y diwydiant sy’n gallu trosglwyddo delweddau mewn graddfa lwyd gan ddefnyddio signalau golau gwan agos is-goch - sy’n nodi carreg filltir sylweddol tuag at drosglwyddo gwybodaeth optegol amser-real mewn amgylcheddau tywyll.

Tuag at gael effaith yn y byd go iawn

Mae'r dechnoleg yn addawol iawn i’w defnyddio mewn llawer o gymwysiadau, gan gynnwys:

• Delweddu meddygol dos isel
• Systemau cerbydau gweld yn y nos
• Gwybodaeth optegol yn y Rhyngrwyd Pethau (IoT)
• Goruchwyliaeth diogelwch
• Dyfeisiau iechyd y gellir eu gwisgo

Gwnaed y darganfyddiad hwn yn bosibl gyda diolch i arian gan Gyngor Ymchwil y Gwyddorau Ffisegol a Pheirianneg (EPSRC), Y Gymdeithas Frenhinol, Rhaglen Sêr Cymru Llywodraeth Cymru, Gwobrau Offer Gwella Cystadleurwydd ac Ymddiriedolaeth Leverhulme.