SBIR Phase I: Single broadband detector from visible to near infrared using the spin Seebeck effect

SBIR 第一阶段:利用自旋塞贝克效应从可见光到近红外的单宽带探测器

基本信息

  • 批准号:
    2213062
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-10-01 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact of this SBIR Phase I project will provide the medical field with a broad response detector capable of pairing with cheaper disease diagnostic tools for improved healthcare. Currently, there is not a commercially available broadband detector that can capture visible light and near infrared light. The Phase I SBIR effort will lead to an advanced detector capable of spanning this light range and fulfilling this unmet need. As a commercial product, this detector can be used in multiple commercial sectors including unmanned vehicles, the medical field, and for the defense and security of the nation. For example, in the medical field the ideal light for tissue penetration is between visible and near infrared. The detector developed in this project would permit optical scans of human bodies for disease diagnosis. The optical scan will provide a cheaper and safer alternative in comparison to expensive MRI technology and high-energy sources, such as x-rays, that result in radiological exposure. The size of the global medical imaging market is currently valued at $16 billion and the proposed work would help healthcare services in rural areas have access to optical diagnosing services.Semiconductor-based detectors are limited to absorbing photons whose energy is equal to or slightly greater than the electronic band gap of the semiconductor. As a result, there is not a commercially available detector that can span 400-2200nm with fast detection. The expected outcome of this project is a single broadband detector, based off of the quantum spin Seebeck effect to generate a spin current, that can span 400-2200nm with a flat quantum efficiency and a high response time. The quantum efficiency (QE) of the patent-protected detector is almost three orders of magnitude lower than semiconductor-based detectors and the largest portion of the project is devoted to improving the QE to commercial levels. The project will accomplish the following goals: 1) prove the feasibility of increasing the quantum efficiency by two orders of magnitude, 2) make a readout circuit board, 3) show detector capabilities through building a benchtop-working prototype, and 4) design a compact prototype to be built during Phase II. As a commercial product, this detector can be used in unmanned vehicles, in the medical field, and for the defense and security of the nation.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
SBIR 第一阶段项目的更广泛影响将为医疗领域提供广泛响应的检测器,能够与更便宜的疾病诊断工具配合使用,以改善医疗保健。 目前,还没有商用的宽带探测器能够捕获可见光和近红外光。 第一阶段的 SBIR 工作将带来一种先进的探测器,能够跨越这个光范围并满足这一未满足的需求。 作为商业产品,该探测器可用于多个商业领域,包括无人驾驶车辆、医疗领域以及国家国防和安全。 例如,在医学领域,组织穿透的理想光介于可见光和近红外光之间。 该项目开发的探测器将允许对人体进行光学扫描以进行疾病诊断。 与昂贵的 MRI 技术和 X 射线等导致放射线照射的高能量源相比,光学扫描将提供更便宜、更安全的替代方案。 全球医学成像市场规模目前估值为160亿美元,拟议的工作将帮助农村地区的医疗保健服务获得光学诊断服务。基于半导体的探测器仅限于吸收能量等于或略大于半导体的电子带隙。 因此,目前还没有一种商用检测器能够跨越 400-2200nm 进行快速检测。 该项目的预期成果是基于量子自旋塞贝克效应产生自旋电流的单个宽带探测器,其范围可以跨越 400-2200nm,具有平坦的量子效率和高响应时间。 受专利保护的探测器的量子效率(QE)几乎比基于半导体的探测器低三个数量级,该项目的最大部分致力于将量子效率提高到商业水平。 该项目将实现以下目标:1)证明将量子效率提高两个数量级的可行性,2)制作读出电路板,3)通过构建台式工作原型来展示探测器的功能,以及4)设计一个紧凑型原型机将在第二阶段建造。作为商业产品,该探测器可用于无人驾驶车辆、医疗领域以及国家的国防和安全。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过利用基金会的智力优势和能力进行评估,认为值得支持。更广泛的影响审查标准。

项目成果

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