Czarny krzem - niezwykłe okrycie naukowców, które może zrewolucjonizować fotografię cyfrową

Istnieje na Ziemi pewien wyjątkowy pierwiastek, który powszechnością występowania ustępuje jedynie tlenowi i któremu zawdzięczamy więcej niż mogłoby nam się wydawać. Po raz pierwszy jego wyjątkowe właściwości odkryli nasi praprzodkowie, otrzymując ogień z krzesanych z jego pomocą iskier. Po zastąpieniu krzesiwami skałkowymi jego popularność osłabła na wiele lat i wykorzystywany był jedynie do produkcji szkła. Od ponad 60 lat jest we wszelkich urządzeniach elektronicznych zawierających choć jedną diodę czy tranzystor. Bez niego nie istniała by współczesna elektronika. O nowym sposobie jego wykorzystania przekonaliśmy się, kiedy świat obiegła wiadomość, że naukowcom udało się stworzyć od 100 do 500 razy bardziej wrażliwy na światło krzem.

Za odkryciem nowego materiału stoi doktor Eric Mazur oraz grupa naukowców z Uniwersytetu Harvarda. Na zlecenie Army Research Organization przeprowadzali pod koniec lat 90. badania nad reakcjami katalitycznymi, jakie zachodzą na powierzchni metalu. Znudzony pracą nad metalami i obawiający się utraty dofinansowania, podjął decyzję o zmianie kierunku swoich badań. Jak się póżniej okazało, decyzja ta była strzałem w dziesiątkę.

Często bywa tak, że wielkie odkrycia zdarzają się przy okazji różnych eksperymentów. Tak było i tym razem, kiedy grupa naukowców pod przedodnictwem Erica Mazura prowadziła badania nad plastrami krzemowymi. Jednym z elementów tych badań było bombardowanie powierzchni plastra krzemu wiązką lasera o dużej mocy, w obecności znanego z doskonałych właściwości dielektrycznych gazu – sześciofluorku siarki. W efekcie tego działania powierzchnia krzemu stała się czarna. Jej struktura – zobaczyć ją można pod mikroskopem elektronowym – przypomina źdźbła gęstej trawy ukierunkowane prostopadle do płaszczyzny, z której powstała. Aby dowiedzieć się, jakie właściwości ma nowo powstała struktura krzemu, poddano ją licznym badaniom i analizom. Wyniki, jakie uzyskano, okazały się zakakujące. W ten oto nieskomplikowany sposób udało się uzyskać światłoczułą płytkę krzemową, która jest zdolna absorbować dwukrotnie więcej światła widzialnego niż stosowane dzisiaj.

Jak podkreśla Eric Mazur – jeśli nowy typ matryc światłoczułych będzie produkowany w oparciu o istniejące już metody, a producenci urządzeń nie będą sztucznie podbijać cen, to pozostaną one na obecnym poziomie. Prognozy dotyczące zastosowania nowego rodzaju matryc, jak widać, są optymistyczne i w najbliższych latach możemy spodziewać się ich upowszechnienia.

Pierwszymi branżami, jakie skorzystają z wynalazku, będzie – tradycyjnie – przemysł medyczny i obronny. Nowe, czulsze przetworniki obrazu znajdą zastosowanie w aparaturze medycznej i noktowizorach. Z czasem przyjdzie także kolej na codzienną elektronikę, czyli aparaty cyfrowe i kamery. Jest więc szansa, że najwyższe oferowane obecnie czułości matryc w aparatach, wynoszące od ISO 100 do ISO 25600 znacznie się zwiększą, a to oznacza, że szykuje się mała ewolucja w branży filmowej i fotograficznej. Bez dodatkowego oświetlenia będzie można fotrografować i filmować takie sceny jak spektakle tatralne czy wieczorne koncerty w blasku kolorowych spotów.

Wszystkim, którzy już cieszą się z takiego rozwiązania, przypominamy, że na szum, jaki widzimy na fotografiach, składa się nie tylko matryca, ale również cała elektronika, która ma za zadanie przetworzenie sygnału pochodzącego z elementu światłoczułego. Z tego powodu trudno mówić o drastycznym wzroście czułości. Jednak każdy wzrost czułości ISO oraz zmiejszenie się szumów będzie dużym postepem.

W czasach, kiedy koszty energii rosną, a zasoby surowców energetycznych kurczą się, odkrycie E. Mazura jest jeszcze cenniejsze, bowiem wafle krzemowe wykorzystywane są również do produkcji paneli słonecznych. Darmowa i odnawialna energia słoneczna już dziś staje się alternatywą dla paliw kopalnych, nie tylko ze względu na cenę, ale również poprzez ochronę środowiska. W tej samej cenie będziemy mogli kupić baterię słoneczną oferującą dwukrotnie większą wydajność, co spowoduje, że taka forma zasilania gospodarstw domowych, biur i fabryk stanie się popularniejsza.

Zainteresowanie producentów elektroniki nowym materiałem jest tak duże, że powołano nową firmę SiOnyx, która w porozumieniu z Uniwersytetem Harvarda będzie komercyjnie udzielać licencji na produkcję czarnego krzemu. Miejmy nadzieję, że nowa technologia szybko rozpowszechni się i nie zostanie zagarnięta przez jednego producenta, który będzie dyktował wygórowane ceny za swój nowy produkt.

Strona internetowa dr. Erica Mazura z Uniwersytetu Harvarda
http://mazur-www.harvard.edu/

Źródło: The New York Times