DE102015121005B4 - Thermoelektrischer Nanodraht mit hoher Auflösung und Graphen-gekoppeltes Detektorsystem - Google Patents

Abstract

Frequenzselektive elektromagnetische Vorrichtung, mit:wenigstens einem Nanodraht (120), der ein erstes Ende (122) und ein zweites Ende (124) aufweist, wobei das zweite Ende dem ersten Ende gegenüberliegt;einem ersten 2-dimensionalen Kontakt (150`), der an dem ersten Ende des wenigstens einen Nanodrahtes (120) angeordnet ist, undeinem zweiten 2-dimensionalen Kontakt (150"), der an dem zweiten Ende des wenigstens einen Nanodrahtes (120) angeordnet ist,wobei der erste und/oder der zweite 2-dimensionale Kontakt (150', 150") sich mit dem wenigstens einen Nanodraht (120) in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder sowohl in thermischer als auch in elektrischer Kommunikation befindet; undwenigstens einem thermoelektrischen Übergang (130) mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich, wobei der wenigstens eine thermoelektrische Übergang (130) zwischen dem ersten und/oder dem zweiten 2-dimensionalen Kontakt (150`, 150") und dem wenigstens einen Nanodraht (120) angeordnet ist, wobei der erste 2-dimensionale Kontakt (150`) und der zweite 2-dimensionale Kontakt (150’’) jeweils ein Material aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Monoschicht-Graphen, Bi-Schicht-Graphen, Graphen mit wenigen Schichten, Graphen mit eingelagertem Brom und Mischungen hiervon besteht, und wobei das Material des ersten 2-dimensionalen Kontaktes (150`) unterschiedlich gegenüber dem Material des zweiten 2-dimensionalen Kontaktes (150") ist.

Description

• Die vorliegende Offenbarung betrifft generell Sensoren und betrifft insbesondere Sensorsysteme zum Erfassen von Objekten oder der Bewegung von Objekten, und zwar über frequenzselektive Bildgebungssysteme.
• Hintergrund
• Die Abwehr von Flugkörpern beinhaltet das Erfassen, das Nachverfolgen und das Neutralisieren von Flugkörpern. Die Abwehr von Flugkörpern kann insbesondere für sich an der Wasseroberfläche befindliche Schiffe und für Luftfahrzeuge nutzbringend sein. Wenn sich an der Wasseroberfläche befindende Schiffe in der Nähe der Küste befinden, kann der Abschuss („launch“) von Flugkörpern zu Gefahren für die an der Oberfläche befindlichen Schiffe führen. Von einem Luftfahrzeug können Sensorsysteme getragen werden, um Objekte oder die Bewegung von Objekten zu umfassen. Ein Luftfahrzeug kann beispielsweise Aufklärungsmissionen durchführen, und zwar unter Verwendung von optischen Systemen, die Teleskope beinhalten, zum Zwecke des Erfassens des Abschusses bzw. Starts von Flugkörpern. Diese Teleskope sind bewegbar, sind montiert und werden häufig von menschlichen Bedienpersonen bedient.
• Zusätzlich hierzu können Schiffe den Horizont abscannen, und zwar unter Verwendung von Teleskopen, um nach ankommenden Flugkörpern zu suchen, die die Oberfläche des Wassers dicht überfliegen können. Diese Arten von Teleskopen haben ein begrenztes Blickfeld. Im Ergebnis können die Anzahl der Teleskope, die notwendig sind, um eine bevorzugte Abdeckung bzw. einen bevorzugten Erfassungsbereich bereitzustellen, und die Anzahl der Bedienpersonen zum Bedienen der Teleskope größer sein als es wünschenswert ist. Aufgrund ihres engen Blickfeldes können Teleskope Flugkörperabschüsse zu dem Zeitpunkt ihres Auftretens verfehlen oder versäumen, was den Betrag der Antwortzeit nach dem Abschuss reduziert.
• Andere Sensorsysteme können vorausschauende bzw. vorwärts gerichtete Infrarotsensoren („forward looking infrared sensors“, FLIR) beinhalten. Diese Arten von Sensoren erfassen Wärme, um ein Bild zu erzeugen. Diese Sensoren können Kameras beinhalten, die Infrarotlicht erfassen. Die Sensoren können verschiedene Komponenten, wie Filter, kryogene Kühleinrichtungen und komplexe Arrays aus Detektoren beinhalten. Diese Sensoren sind ebenfalls beweglich montiert, und zwar aufgrund ihrer begrenzten Blickfelder. Mit zunehmender Komplexität und bei Anwesenheit von beweglichen Teilen kann der für diese Sensorsysteme notwendige Wartungsaufwand größer sein als es wünschenswert ist.
• Herkömmliche optische bildgebende Sensoren arbeiten typischerweise als Massenfrequenz-Absorptionsvorrichtungen („bulk frequency absorption devices“). Viele herkömmliche optische bildgebende Sensoren verwenden Massen-Halbleiter („bulk semiconductors“), die elektromagnetische Strahlung über große Frequenzbereiche absorbieren und die keine Mittel haben, um elektromagnetische Strahlung in spezifischen Frequenzbereichen zu benachteiligen bzw. voneinander zu diskriminieren. Herkömmliche optische bildgebende Sensoren beinhalten typischerweise einen in einer Brennpunktebene befindlichen Array („focal plane array“) von Detektoren. Jeder Detektor ist ein Halbleiter-Pixel. Diese Pixel absorbieren Bilder bei sämtlichen Frequenzen und verwandeln diese in elektrische Signaläquivalente. Diese Pixel haben jedoch keine Mittel, um die Wellenlängen-Selektivität in dem Bild aufrechtzuerhalten, und diese Information geht folglich verloren.
• Damit diese optischen bildgebenden Sensoren dazu in der Lage sind, die Farben zu bestimmen, die sie erfassen (z.B. um eine Farbdiskriminierung zu erreichen), sind ihre Pixel typischerweise in rechteckige Gruppierungen aus vier Pixeln gruppiert, und vor jeder rechteckigen Gruppierung von vier Pixeln ist eine Bayer-Maske angeordnet. Eine Bayer-Maske bzw. ein Bayer-Filter kann vier Farbfilter beinhalten, die in der Form eines Rechtecks angeordnet sind. Eine Bayer-Maske beinhaltet einen Rotfilter, einen Blaufilter und zwei Grünfilter. Bayer-Masken beinhalten zwei Grünfilter, da das menschliche Auge für Grün empfindlicher ist als für Rot oder Blau. Jede Gruppierung aus vier Pixeln sendet ihre erfasste Information an einen Prozessor, um die spezifische Farbe zu bestimmen, die sie erfassen. Damit diese herkömmlichen optischen bildgebenden Systeme dazu in der Lage sind, eine Farbdiskriminierung zu erreichen, ist daher ein beträchtliches Maß an Rechenleistung („amount of computation“) erforderlich. Zusätzlich hierzu ist anzumerken, dass die Verwendung der vier Farbfilter zu einer verringerten Empfindlichkeit des Sensors führt, zu einer geringeren Bildauflösung und zu einem erhöhten Rauschen.
• Aktuell sind viele bildgebende Einrichtungen, die in dem Regime von einzelnen Photonen arbeiten, auf Bildverstärkerröhren („image-intensifier tubes“) beschränkt. Diese Vorrichtungen besitzen keine Wellenlängen-Selektivität. Bildverstärkerröhren sind aus Röhren konstruiert, die sehr empfindlich sind und die daher leicht beschädigt werden können. Zusätzlich hierzu erfordern Bildverstärkerröhren separate Leistungsversorgungsvorrichtungen.
• Aus der obigen Diskussion lässt sich beobachten, dass optische Bildgebungsverfahren, bei denen einzelne Photonen erfasst werden können, während eine Wellenlängen-Sensitivität bzw. -empflichkeit aufrechterhalten wird, nur unter großen Herausforderungen zu erreichen sind. Es wäre daher vorteilhaft, wenn ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt würden, die wenigstens einige der oben diskutierten Probleme und möglicherweise weitere Probleme bzw. Punkte berücksichtigen.
• Huber, T. E. et al.: Photoresponse in arrays of thermoelectric nanowire junctions. In:Applied Physics Letters (201), Vol. 103, Seite 041114 offenbart eine Vorrichtung mit einem Nanodraht, der zwei gegenüberliegende Enden aufweist, sowie einem 2-dimensionalen Kontakt, der sich mit dem wenigstens einen Nanodraht in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder sowohl in thermischer als auch in elektrischer Kommunikation befindet, und wenigstens einem thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich, wobei der thermoelektrische Übergang zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem wenigstens einen Nanodraht angeordnet ist.
• Eine frequenzselektive Vorrichtung ist aus dem Dokument US2012/0194713 A1 bekannt geworden.
• Überblick
• Wenigstens eines der obigen Probleme wird gelöst durch eine frequenzselektive Vorrichtung nach Anspruch 1.
• Vorliegend wird eine frequenzselektive elektromagnetische Vorrichtung („frequency selective electromagnetic apparatus“) beschrieben. Die Vorrichtung kann wenigstens einen Nanodraht aufweisen, der ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende beinhaltet, wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt aufweisen, der benachbart zu dem ersten Ende oder zu dem zweiten Ende angeordnet ist und der sich in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder sowohl in thermischer als auch elektrischer Kommunikation bzw. Verbindung mit dem wenigstens einen Nanodraht befindet, und wenigstens einen thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich („nanoscale-sized-diameter thermoelectric junction“) aufweisen, wobei dieser Übergang zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem wenigstens einen Nanodraht angeordnet ist.
• Ferner ist ein frequenz-selektives bildgebendes System offenbart. Das frequenz-selektive bildgebende System kann wenigstens eine Intensitäts-Steuervorrichtung beinhalten, die einen Bereich („ränge“) einer Ankunftsrate von zu erfassenden Photonen auswählt, kann wenigstens ein fokussierendes Element zum Fokussieren der Photonen beinhalten und kann wenigstens einen frequenz-selektiven Bildwandler („imager“) beinhalten, der die Photonen detektiert, die von dem wenigstens einen fokussierenden Element fokussiert werden. Der frequenz-selektive Bildwandler kann einen Array aus Nanodrähten beinhalten, kann wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt beinhalten, der zwischen einem ersten und einem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist und der sich in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder in sowohl thermischer als auch elektrischer Kommunikation mit dem ersten und dem zweiten Nanodraht befindet, und kann wenigstens einen thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich beinhalten, wobei der Übergang zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem ersten oder dem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist. Der frequenz-selektive Bildwandler erfasst wenigstens ein Photon und emittiert wenigstens einen elektrischen Impuls mit einer Spannung, die proportional ist zu einem Energieniveau des wenigstens einen Photons. Wenigstens ein Prozessor zum Verarbeiten des wenigstens einen elektrischen Impulses und zum Erzeugen eines multispektralen Bildes aus Information von dem wenigstens einen elektrischen Impuls kann in dem frequenz-selektiven bildgebenden System ebenfalls enthalten sein.
• Ferner ist ein Kommunikationssystem offenbart. Das System kann wenigstens eine Intensitäts-Steuervorrichtung beinhalten, die einen Bereich einer Ankunftsrate („rate of arrival“) von zu erfassenden Photonen auswählt, kann wenigstens ein fokussierendes Element zum Fokussieren der Photonen, die erfasst werden, beinhalten, und kann wenigstens einen frequenz-selektiven elektromagnetischen Detektor beinhalten, der die Photonen detektiert, die mittels des wenigstens einen fokussierenden Elements fokussiert werden. Der wenigstens eine Frequenzdetektor kann einen Array aus Nanodrähten beinhalten, kann wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt beinhalten, der zwischen einem ersten und einem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist und der sich in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder sowohl in thermischer als auch in elektrischer Kommunikation mit dem ersten und dem zweiten der Nanodrähte befindet, und kann wenigstens einen thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich beinhalten, wobei der Übergang zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem ersten oder dem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist. Der frequenz-selektive Bildwandler erfasst wenigstens ein Photon. In Betrieb emittiert der wenigstens eine frequenz-selektive Bildwandler wenigstens einen elektrischen Impuls mit einer Spannung, die proportional ist zu einem Energieniveau des wenigstens einen Photons. Das System kann ferner wenigstens einen Prozessor zum Verarbeiten des wenigstens einen elektrischen Impulses und zum Erzeugen eines multispektralen Bildes („multi-spectral image“) aus Information von dem wenigstens einen elektrischen Impuls beinhalten.
• Zusätzliche Vorteile ergeben sich zum Teil aus der nachfolgenden Beschreibung und verstehen sich zum Teil aus der Beschreibung oder lassen sich durch deren Anwendung erlernen. Die Vorteile lassen sich mittels der Elemente und Kombinationen realisieren und erzielen, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen hervorgehoben sind.
• Es versteht sich, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die nachstehende detaillierte Beschreibung beispielhafter und erläuternder Natur sind und nicht einschränkend für das Beanspruchte sind.
• Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Spezifikation aufgenommen sind und einen Teil hiervon bilden, stellen Beispiele dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien, die vorliegend beschrieben sind.
• Figurenliste
• 1 stellt ein Beispiel eines Luftfahrzeuges dar.
• 2A ist eine Ansicht einer frequenz-selektiven elektromagnetischen Vorrichtung.
• 2B ist eine perspektivische Ansicht eines thermoelektrischen Nanodrahtes, der in einer frequenz-selektiven elektromagnetischen Vorrichtung verwendbar ist.
• 3 ist eine Ansicht einer frequenz-selektiven elektromagnetischen Vorrichtung.
• 4 ist eine Ansicht einer frequenz-selektiven elektromagnetischen Vorrichtung im Betrieb.
• 5 ist eine Ansicht einer frequenz-selektiven elektromagnetischen Vorrichtung.
• 6 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm des offenbarten frequenz-selektiven bildgebenden Systems.
• 7 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines frequenz-selektiven Kommunikationssystems.
• Detaillierte Beschreibung
• Nunmehr wird im Detail Bezug genommen auf die vorliegenden Beschreibungen, von denen Beispiele in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Soweit möglich sind dieselben Bezugsziffern zur Bezeichnung derselben oder ähnlicher Teile verwendet worden, und zwar durchgängig für die gesamte Zeichnung.
• Unabhängig von der Tatsache, dass die den großen Schutzbereich der Beschreibung darlegenden nummerischen Bereiche und Parameter Näherungswerte sind, sind die in den speziellen Beispielen dargelegten nummerischen Werte so genau wie möglich angegeben. Jeder nummerische Wert beinhaltet inhärenterweise gewisse Fehler, die sich notwendigerweise aus der Standardabweichung ergeben, die sich in ihren jeweiligen Testmessungen finden lassen. Darüber hinaus sollen sämtliche hier offenbarten Bereiche darin enthaltene Teilbereiche beinhalten. Beispielsweise kann ein Bereich von „weniger als 10“ Teilbereiche zwischen dem minimalen Wert von Null und dem maximalen Wert von 10 beinhalten (und ggf. einschließlich dieser Grenzen), das heißt jeden beliebigen Teilbereich und sämtliche Teilbereiche mit einem minimalen Wert gleich oder größer als Null und einem maximalen Wert von gleich oder kleiner als 10, z.B. 1 bis 5. In manchen Fällen können die für die Parameter angegebenen nummerischen Werte negative Werte annehmen. In diesem Fall kann der beispielhafte Wertebereich, der angegeben ist als „weniger als 10“ auch negative Werte annehmen, z.B. -1, -2, -3, -10, -20, -30 etc.
• Es ist anzumerken, dass der Begriff „Farbe“ („color“) sich auf jenen Abschnitt des elektromagnetischen Spektrums bezieht, der für das menschliche Auge sichtbar ist. Ein typisches menschliches Auge reagiert auf Wellenlängen, die sich etwa in einem Bereich von 330-770 Nanometer (nm) befinden. Die Verwendung des Begriffs „Farbe“ ist als solche hier anwendbar auf den sichtbaren Bereich von Wellenlängen, ist jedoch direkt analog zu jedem beliebigen spektralen Regime, das frequenzunterscheidende optische Elemente erfordert.
• Das Nachstehende ist aus illustrativen Zwecken unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Fachleute erkennen, dass die nachstehende Beschreibung hinsichtlich ihrer Natur beispielhaft ist und dass an den dargelegten Parametern verschiedene Modifikationen vorgenommen werden könnten, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Die Spezifikation und die Beispiele sollen als Beispiele betrachtet werden. Die verschiedenen Beschreibungen sind nicht notwendigerweise wechselseitig ausschließlich, da manche Beschreibungen sich mit einer oder mehreren anderen Beschreibungen kombinieren lassen, um kombinierte Beschreibungen zu bilden.
• Ein Pixel, der einen thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich verwendet, kann eine optische Bildgebung bzw. Bildsammlung für das Regime von einzelnen Photonen erreichen („single photon regime“). Das heißt, wenn ein thermoelektrisches Element Licht ausgesetzt wird, wandelt sich das elektromagnetische Feld in dem Element um (dissipates) und die darin abgeschiedene Energie erzeugt elektrische Leistung, die zur Erfassung des Lichtes verwendet werden kann. Diese Art von thermoelektrischem Element wird generell als ein Bolometer bezeichnet. Generell ist ein Bolometer eine Vorrichtung zum Messen der Energie von einfallender elektromagnetischer Strahlung.
• Es ist möglich, Bolometer mit einer Größe im Nanobereich aus Übergängen mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich herzustellen, zum Beispiel wenigstens einem thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich, wobei der Übergang zwischen einem 2-dimensionalen Kontakt und einem Nanodraht angeordnet ist, wie jener an einer Schnittstelle zwischen einem 2-dimensionalen Kontakt und einem Ende eines Nanodrahtes. Der thermoelektrische Effekt hat seinen Ursprung in den thermoelektrischen Übergängen, deren Durchmesser eine Größe im Nanobereich haben, wobei eine Absorption eines Photons eine Temperaturdifferenz erzeugt und eine Spannungsänderung hervorruft. Dies kann an der Schnittstelle von zwei separaten Nanodrähten auftreten, an der Schnittstelle eines Nanodrahtes und eines anderen Kontaktes, oder sogar, für den Fall von topologischen Isolatoren, zwischen dem Massenmaterial („bulk material“) und dessen eigener Oberfläche. Typischerweise werden Werte der erzeugten Spannung in Mikrovolt (µV) pro Grad Kelvin (K) gemessen. Wenn eine Temperaturdifferenz auf die thermoelektrischen Übergänge mit Durchmessern in einer Größe im Nanobereich angewendet wird, diffundieren die geladenen Träger bzw. Ladungsträger in dem Nanodraht, ob es sich um Elektronen oder Löcher handelt, aus den thermoelektrischen Übergängen mit Durchmessern einer Größe im Nanobereich hin zu jeweiligen elektrischen Anschlüssen oder Kontakten, wie einem 2-dimensionalen Kontakt. Auf diese Art und Weise ist das Verhalten ähnlich dazu, wie ein klassisches Gas expandiert, wenn es erwärmt wird. Im Ergebnis wandern die mobilen Ladungsträger zu den elektrischen Anschlüssen, wie 2-dimensionale Kontakte, die an jeweiligen Enden eines Nanodrahtes gebildet sind, wobei sie entgegengesetzt geladene und immobile Nuklei („immobile nuclei“) an den thermoelastischen Übergängen mit Durchmessern einer Größe im Nanobereich hinter sich lassen, was eine thermoelektrische Spannung zur Folge hat. Die thermoelektrischen Übergänge mit Durchmessern einer Größe im Nanobereich arbeiten somit in Essenz jeweils als ein thermoelektrischer Halbleiter. Diese Übergänge mit Durchmessern einer Größe im Nanobereich antworten bzw. sprechen an auf individuelle Photonen, und zwar durch Emittieren eines individuellen elektrischen Impulses mit einer Spannung, die proportional ist zu der durch die Absorption des Photons hervorgerufenen Temperaturänderungen. Diese Temperaturänderung ist proportional zu der Energie des Photons. Demzufolge sind diese Übergänge mit Durchmessern einer Größe im Nanobereich empfindlich für die Wellenlänge bzw. wellenlängen-sensitiv.
• In jüngster Zeit ist demonstriert worden, dass ein thermischer Transport in dem Nanodraht drastisch abnimmt, und zwar mit einer Reduzierung des Drahtdurchmessers eines Nanodrahtes, da weniger Phononen bzw. Photonen innerhalb der Wände des Nanodrahtes streuen („scatter“). In solchen Fällen, bei denen Signale oder Photonen an den thermoelektrischen Übergängen mit hohen Wiederholungsraten ankommen, wie solche Fälle, die optischen Kommunikationsträgern zugeordnet sind, beispielsweise mit mehrfachen eng aneinander liegenden Frequenzen („closely-spaced frequencies“), wie sie beim Multiplexen mit Multifrequenzunterteilung („multi frequency devision multiplexing“) auftreten, beinhalten existierende Lösungen typischerweise die Anwendung von hochleitenden Metallen wie Kupfer und Gold als Anschlusskontakte. Diese Materialien sind teuer und in der Umgebung eines Halbleiterwachstums schwierig aufzubringen, insbesondere dann, wenn der Wachstumsmechanismus in einer Herstellungsumgebung durchgeführt wird, die strenge Beschränkungen hinsichtlich der Materialien vorgibt, die enthalten sein können, insbesondere für Brennebenen-Arrays, bei denen die Geometrien in engen Grenzen gesteuert werden müssen, und zwar selbst in Erbsystemen („heritage systems“). Zusätzlich hierzu haben sie eine immanente Beschränkung ihrer Leitfähigkeit, die nur um einen kleinen Prozentsatz verbessert werden kann, indem man auf ultrareine Metalle geht.
• Während thermoelektrische Nanodrähte in ihrer Verwendung zur frequenzselektiven Erfassung von elektromagnetischen Spezien bzw. Signalen wohl-etabliert sind, ist ihre Brauchbarkeit beispielsweise in bildgebenden Systemen nach wie vor durch ihre Fähigkeit beschränkt, ein großes ΔT zwischen dem thermoelektrischen Element selbst und dem Ende des Drahtes bereitzustellen, was u.a. notwendig ist, um ein hinreichendes Signal-Rausch-Verhältnis zum Zwecke einer guten Pixelamplitude und Frequenzdiskriminierung bereitzustellen. Dies ist der Fall, wenn man mit thermoelektrischen Nanodrähten auf der Basis von Beryllium und Tellurid arbeitet, da es dort einen Mechanismus geben muss, um die Wärme effizient aus dem End-Nanodraht zu entfernen, um dazu in der Lage zu sein, das maximale ΔT aufrecht zu erhalten, da die Ausgangsspannung proportional ist zu jenem Temperaturparameter. Dies gilt insbesondere in zwei Systemen: i) bildgebende Systeme, bei denen die kleinen Abmessungen, die Pixeln zugeordnet sind, implizieren, dass Abwärme an dem Verhalten der individuellen thermoelektrischen Nanodrähte, die die individuellen bildgebenden Pixel ausmachen, verheerenden Schaden anrichten kann, und ii) optische Frequenzmultiplex-Kommunikationssysteme, bei denen die kleinen Unterschiede zwischen optischen Triggerfrequenzen, die in dem optischen Regime dem Multiplexen mit Frequenzteilung („frequency division multiplexing“) zugeordnet sind, zu sehr kleinen Differenzen in dem ΔT führen werden, und folglich zu sehr kleinen Differenzen in einem ΔV von Signalen, die durch den thermoelektrischen Draht und dessen Schnittstellen erzeugt werden. Jede Außenwirkung bzw. Externalität der Umgebung wird die Empfindlichkeit bzw. Sensitivität der Kommunikationssysteme begrenzen, wodurch die Anzahl der Kanäle begrenzt wird, die mit dem elektromagnetischen Detektor auf der Basis eines thermoelektrischen Nanodrahtes verwendet werden können. Die schwersten Externalitäten sind die Abwärme, die auf das Verhalten der individuellen thermoelektrischen Nanodrähte einen verheerenden Schaden ausüben kann, deren Fähigkeit zur Frequenzidentifizierung von der Möglichkeit zur Diskriminierung zwischen kleinen Niveaus und kleinen Unterschieden in der Wärmemenge abhängt, die abgesetzt wird, sowie von der darauffolgenden Temperaturänderung, die als Ergebnis auftritt.
• Demzufolge wird in den hier bereitgestellten Beschreibungen ein zwei-dimensionales Kontaktmaterial (nachstehend auch als „2-dimensional“ oder „2-D“-Kontakt bezeichnet) wie Graphen oder ein anderes lamellares oder „Van der Waal“- oder „Schichtkristall“-Material als ein Kontakt verwendet, und zwar beispielsweise wenigstens an einem Ende, wie folglich an einem der Enden und einschließlich auch von beiden Enden eines thermoelektrischen Nanodrahtes. Graphen, bei dem es sich um eine 2-dimensionale Carbonlage handelt, ist ein relativ neu entdecktes Material. Graphen kann eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit haben, und zwar beispielsweise dann, wenn es von einer relativ reinen Struktur ist, oder beispielsweise dann, wenn es durch einen Stapel aus wenigen Schichten gebildet ist. Während keine Einschränkung auf irgendeine bestimmte Theorie erfolgen soll, wird angenommen, dass die Leitfähigkeit von Graphen verbessert wird, wenn Streuverluste aufgrund von Fehlstellen oder Einschlüssen verringert werden, oder wenn das Graphen zwischen seinen Schichten gewisse Atome „eingelagert“ („intercalated“) hat, wie in dem Graphen mit eingelagertem Brohm („bromine intercalated graphene“), wie es nachstehend beschrieben ist. Graphen kann nicht nur eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit haben - was es zum Messen der induzierten Spannung geeignet macht, die in einem thermoelektrischen Material hervorgerufen worden ist -, sondern es hat auch eine extrem hohe thermische Leitfähigkeit. Dies liegt daran, dass die Bandstruktur von Graphen eine sogenannte V-Bandstruktur ist, mit der Implikation, dass Elektronen mit einer effektiven Ruhemasse von Null wandern („travel with zero effective rest mass“). Dies bedeutet, dass sich nicht nur die Elektronen mit sehr hohen Raten bewegen, was konsistent ist mit einem Material hoher Leitfähigkeit, sondern es bedeutet auch, dass die Wärme, wie sie durch Phononenanregungen („phonon excitations“) innerhalb des Graphen dargestellt ist, sich sehr schnell durch das Graphen hindurch ausbreitet. Die resultierende Wärme kann daher sehr schnell hin zu einem irgendwo außenliegenden Substrat entfernt werden. Das Ergebnis liegt darin, dass das Vorhandensein des Graphens an Enden eines thermoelektrischen Nanodrahtes ein stark verbessertes ΔT bereitstellt, und daher ein stark verbessertes ΔV. Die sich ergebende thermoelektrische Nanodrahtstruktur hat folglich ein sehr viel höheres Signal-Rausch-Verhältnis, und eine entsprechende Empfindlichkeit, die es beispielsweise einem Kommunikationssystem ermöglicht, kleine Unterschiede in den Eingangsfrequenzen zu unterscheiden, verglichen mit herkömmlichen Strukturen, die die Graphen-Kontakte nicht haben.
• In engen bzw. schwierigen Geometrien kann die Dicke aufgrund der Tatsache, dass Graphen eine zwei-dimensionale Struktur hat, lediglich in der Größenordnung von 10 Å bis 20 Å pro Schicht liegen, beispielsweise in einer Struktur mit einer oder mehreren Schichten, wie einer Struktur mit wenigen Schichten, was beträchtlich kleiner ist als bei einem metallischen Leiter aus einem Massenmaterial wie Gold oder Kupfer erforderlich wäre. Als ein Beispiel ist anzugeben, dass sich die höchste elektrische Leitfähigkeit für Graphen generell bei etwa 3-7 atomaren Schichten finden lässt. Dies erleichtert die Bereitstellung bzw. Hinzugabe des thermischen Leiters in ein bildgebendes System. Zusätzlich zu der bereits angegebenen thermischen Leitfähigkeit ermöglicht das Graphen eine zusätzliche Reduktion eines sogenannten Totraumes zwischen den Pixelelementen eines bildgebenden Systems. Dies liegt daran, dass bei einem dünneren elektrischen Kontakt und thermischen Leiter mehr Raum für einen aktiven Pixeldetektor vorhanden ist, wie er beispielsweise durch einen thermoelektrischen Nanodraht definiert ist.
• Gegenstände wie ein in 1 gezeigtes Luftfahrzeug können ein bildgebendes System, ein Kommunikationssystem und/oder ein Detektorsystem beinhalten, das eine frequenz-selektive elektromagnetische Vorrichtung beinhaltet, wie sie nachstehend beschrieben ist. Eine frequenzselektive elektromagnetische Vorrichtung 111, wie sie in 2A dargestellt ist, kann wenigstens einen Nanodraht 120 aufweisen. Wie es im Detail in 2B gezeigt ist, kann der wenigstens eine Nanodraht 120 ein erstes Ende 122 und ein zweites Ende 124 aufweisen. Der wenigstens eine Nanodraht kann dazu konfiguriert sein, um ein Signal, wie ein elektrisches Signal, in Antwort darauf zu erzeugen, dass ein Photon empfangen wird. In einer alternativen Anordnung kann eine frequenzselektive elektromagnetische Vorrichtung 112, wie sie in 3 dargestellt ist, wenigstens einen Nanodraht 120 beinhalten, beispielsweise einen Array aus Nanodrähten mit einer Vielzahl von Nanodrähten 120-1, 120-2 und 120-3. Es ist anzumerken, dass 3 als eine Mehrzahl von Vorrichtungen 111 der 2A angesehen werden kann. Obgleich 3 die Geometrie aus der Orientierung von einer Seite zeigt, können die ankommenden Photonen direkt auf die Nanodrähte auftreffen, wie gezeigt, durch das Graphen hindurch, oder hindurch oder um den Kontakt an dem anderen Ende des Nanodrahtes herum, und zwar auf ihrem Weg zu dem Nanodraht.
• Unter erneuter Bezugnahme auf die 2A und 2B kann die Vorrichtung 111 auch wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150 aufweisen, der benachbart ist zu dem wenigstens einen Nanodraht 120 und der sich in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder in sowohl thermischer als auch elektrischer Kommunikation mit dem wenigstens einen Nanodraht 120 befindet. Wenigstens ein thermoelektrischer Übergang 130 mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich kann zwischen dem Nanodraht 120 und dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150 angeordnet sein. Der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt 150 kann ein erster 2-dimensionaler Kontakt 150 sein, der benachbart zu einem ersten Ende 122 des wenigstens einen Nanodrahtes 120 angeordnet ist, und ein zweiter 2-dimensionaler Kontakt 150 sein, der an einem zweiten Ende 124 des wenigstens einen Nanodrahtes 120 angeordnet ist. In einem Beispiel kann der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt 150 an dem ersten Ende 122 des wenigstens einen Nanodrahtes ausgebildet sein. In einem Beispiel kann der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt 150 an dem zweiten Ende 124 des wenigstens einen Nanodrahtes 120 ausgebildet sein. Beispielsweise kann der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt wenigstens eine Monoschicht sein, die dazu konfiguriert ist, um an Endflächen des Nanodrahtes anzuliegen und/oder sich quer hierzu zu erstrecken. Folglich kann eine Schnittstelle zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem Nanodraht den thermoelektrischen Übergang 130 mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich beinhalten. Beispielsweise kann ein thermoelektrischer Übergang 130 mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich zwischen dem ersten Ende 122 des wenigstens einen Nanodrahtes 120 und dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150 angeordnet sein, und/oder zwischen dem zweiten Ende 124 des wenigstens einen Nanodrahtes 120 und dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150.
• Wie es bei der Vorrichtung 113 der 3 dargestellt ist, kann der wenigstens eine Nanodraht eine Mehrzahl von Nanodrähten 120 beinhalten, die wenigstens einen ersten Nanodraht 120-1, der zwischen wenigstens einem 2-dimensionalen Kontakt 150 und wenigstens einem 2-dimensionalen Kontakt 150' angeordnet ist, wenigstens einen zweiten Nanodraht 120-2, der zwischen wenigstens einem 2-dimensionalen Kontakt 150' und wenigstens einem 2-dimensionalen Kontakt 150" angeordnet ist, und wenigstens einen dritten Nanodraht 130-3 aufweisen, der zwischen wenigstens einem 2-dimensionalen Kontakt 150" und wenigstens einem 2-dimensionalen Kontakt (nicht bezeichnet) angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass die 2-dimensionalen Kontakte 150' und 150" die gleichen Materialbeschränkungen und -Optionen beinhalten können, wie sie vorliegend für den wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150 beschrieben sind.
• In einer beispielhaften Ausführungsform sind ein erster und ein zweiter des ersten Nanodrahtes 120-1 benachbart zueinander angeordnet, kontaktieren sich jedoch physikalisch bzw. physisch nicht, und jeder der Nanodrähte kann ein erstes Ende 122 benachbart zu einem ersten Kontakt 150 und ein zweites Ende 124 benachbart zu einem zweiten Kontakt 150' aufweisen. Mit anderen Worten kann der wenigstens eine Nanodraht 120-1 eine Zeile von Nanodrähten beinhalten, wobei jeder Nanodraht in jener Zeile zwischen einem 2-dimensionalen Kontakt 150, Kontakt 150, und einem 2-dimensionalen Kontakt 150, Kontakt 150' angeordnet ist. Demgemäß kann wenigstens ein thermoelektrischer Übergang 130 mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich zwischen einem ersten Ende 122 von einem oder mehreren des wenigstens einen Nanodrahtes 120-1 und dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150 angeordnet sein, und/oder zwischen einem zweiten Ende 124 von einem oder mehreren des wenigstens einen Nanodrahtes 120-1 und dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150'.
• In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der wenigstens eine Nanodraht wenigstens einen ersten Nanodraht 120-1 und wenigstens einen zweiten Nanodraht 120-2 beinhalten, wobei der wenigstens eine zweite Nanodraht 120-2 benachbart zu dem ersten Nanodraht 120-1 angeordnet ist, diesen jedoch physikalisch nicht kontaktiert, und wobei der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt 150' zwischen dem ersten und dem zweiten Nanodraht angeordnet ist. Das heißt, ein erster Nanodraht 120-1 kann benachbart zu einem zweiten Nanodraht 120-2 angeordnet sein, diesen jedoch nicht kontaktieren, wobei ein erstes Ende 122 des ersten Nanodrahtes 120-1 benachbart zu einem Kontakt 150 angeordnet sein kann und wobei ein zweites Ende 124 des ersten Nanodrahtes 120-1 benachbart zu einem Kontakt 150 angeordnet sein kann. Unterdessen kann ein zweites Ende 124 des Nanodrahtes 120-2 benachbart zu einem Kontakt 150' angeordnet sein, und ein erstes Ende 122 des Nanodrahtes 120-2 kann benachbart zu einem Kontakt 150" angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der wenigstens eine Nanodraht 120-1 eine Zeile von Nanodrähten beinhalten, wobei jeder Nanodraht in jener Zeile sich in Kommunikation befindet mit und angeordnet ist zwischen einem 2-dimensionalen Kontakt 150 und einem 2-dimensionalen Kontakt 150', und wobei der wenigstens eine Nanodraht 120-2 eine Zeile von Nanodrähten aufweisen kann, wobei jeder Nanodraht in jener Zeile sich in Kommunikation befindet mit und angeordnet ist zwischen einem 2-dimensionalen Kontakt 150' und einem 2-dimensionalen Kontakt 150". Demzufolge kann zwischen einem ersten Ende 122 von einem oder mehreren des wenigstens einen Nanodrahtes 120-1 und dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150 und/oder zwischen einem zweiten Ende 124 von einem oder mehreren des wenigstens einen Nanodrahtes 120-1 und dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150' wenigstens ein thermoelektrischer Übergang 130 mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich angeordnet sein, und/oder es kann zwischen einem ersten Ende 122 von einem oder mehreren des wenigstens einen Nanodrahtes 120-2 und dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150' und/oder zwischen einem zweiten Ende 124 von einem oder mehreren des wenigstens einen Nanodrahtes 120-2 und dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150" wenigstens ein thermoelektrischer Übergang 130 mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich angeordnet sein. Es ist anzumerken, dass aufgrund der Tatsache, dass der wenigstens eine Nanodraht, der oben beschrieben ist, ein Halbleiter sein kann, beispielsweise ein Halbleiter vom n-Typ oder ein Halbleiter vom p-Typ, eine beispielhafte Konfiguration in jeder der Zeilen eine Vielzahl von Nanodrähten unterschiedlicher Halbleitertypen beinhalten kann. Folglich kann jede der oben beschriebenen Zeilen von Nanodrähten eine Anordnung aus Nanodrähten mit alternierendem Halbleitertyp beinhalten, wobei jeder zweite Nanodraht in einer gegebenen Zeile beispielweise vom n-Typ ist, und wobei der Rest vom p-Typ ist, und wobei sämtliche Nanodrähte in Serie angeordnet sind, um ein Beispiel zu nennen.
• Der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt, beispielsweise der 2-dimensionale Kontakt 150, 150' und/oder 150", kann sich in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder sowohl in thermischer Kommunikation als auch in elektrischer Kommunikation mit dem wenigstens einen Nanodraht befinden. In einem allgemeinen Beispiel kann der 2-dimensionale Kontakt thermisch leitfähig sein, um Wärme zu transportieren, wie sie bei Erzeugung von Photonen vorkommt, und zwar weg von dem Nanodraht 120. Mit anderen Worten kann die thermische Kommunikation ein Absorbieren einer Temperaturänderung beinhalten, die erzeugt wird durch den Transport von Phononen, angeregt dadurch, dass der wenigstens eine Nanodraht ein Photon akzeptiert bzw. entgegennimmt.
• In einem Beispiel kann der 2-dimensionale Kontakt 150 elektrisch leitfähig sein, um Löcher, Elektronen oder sowohl Löcher als auch Elektronen zu transportieren, und zwar hin zu dem Nanodraht 120 und/oder weg von dem Nanodraht 120. Mit anderen Worten kann die elektrische Kommunikation ein Transportieren eines Signals beinhalten, dass eine Spannungsänderung angibt, die durch den Transport von Elektronen, von Löchern oder sowohl von Elektronen als auch Löchern erzeugt wird, die beim Aufnehmen eines Photons von dem wenigstens einen Nanodraht erzeugt werden. Es ist anzumerken, dass die elektrischen Eigenschaften der elektrischen Kommunikation zwischen dem 2-dimensionalen Kontakt 150 und dem Nanodraht 120 als auch die thermischen Eigenschaften der thermischen Kommunikation zwischen dem 2-dimensionalen Kontakt 150 und dem Nanodraht 120 voneinander entkoppelt sind. Es ist anzumerken, dass die Koeffizienten der thermischen Leitfähigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit in Massenmaterialien („bulk materials“) gekoppelt sind (d.h. sie sind innerhalb einer Konstanten gleich und sind daher von dem gleichen physikalischen Phänomen angetrieben). In Nicht-Massengeometrien, wie sie in den Beispielen verwendet werden, wie in dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150, der gebildet sein kann aus Materialien aus gestapelten atomaren Schichten, wie zwei-dimensionales Graphen, wie Nanodrähte 120, die aus ein-dimensionalem (1-D) thermoelektrischem Material gebildet sein können, und wie der thermoelektrische Übergang 130 mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich, wie eine Schnittstelle, die zwischen dem Kontakt und thermoelektrischen Nanodrähten angeordnet ist, sind die Effekte der physikalischen Phänomene auf die elektrische Leitfähigkeit und auf die thermische Leitfähigkeit voneinander entkoppelt. Demzufolge sind die elektrische Leitfähigkeit und die thermische Leitfähigkeit der Vorrichtung und der in den Beispielen beschriebenen Systeme vorliegend entkoppelt, so dass sie unabhängig voneinander entweder gesteigert oder verringert bzw. unterdrückt werden können.
• Eine Dicke, eine Erstreckung und eine Zusammensetzung des wenigstens einen 2-dimensionalen Kontaktes 150 können unabhängig voneinander ausgewählt sein, oder können in Kombination miteinander gewählt sein, um einen abgestimmten („tuned“) Kontakt zum Zwecke des Bereitstellens einer vorausgewählten thermischen Leitfähigkeit, einer vorausgewählten elektrischen Leitfähigkeit und einer vorausgewählten optischen Transparenz bereitzustellen. Der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt 150 kann ein einzelnes Molekül sein und/oder kann eine Dicke eines einzelnen Moleküls aufweisen.
• Der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt 150 kann eine einzelne Schicht sein, oder kann mehr als eine Schicht aufweisen, wobei wenigstens eine der Schichten eine Dicke eines einzelnen Moleküls hat. Alternativ hierzu können sämtliche Schichten, die den wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt 150 bilden, eine Dicke eines einzelnen Moleküls haben.
• Der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt 150 kann aus Graphen gebildet sein. Graphen kann in verschiedenen Konfigurationen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Graphen ein Monoschicht-Graphen sein, ein Bi-Schicht-Graphen, ein Graphen aus wenigen Schichten, ein Graphen mit eingelagertem Brom oder Mischungen hiervon. Einige Formen von Graphen mit dotiertem Brom können das Graphen mit eingelagertem Brom beinhalten, bei dem Brom zwischen Schichten von Graphen angeordnet ist. Der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt 150 kann aus „gestapelten atomaren Schichten“ gebildet sein, die lamellare bzw. van der Waal'sche Materialien beinhalten. Beispielsweise kann der Kontakt 150 WS₂, MoS₂, hexagonales Bornitrid (h-BN), reduziertes Graphenoxid (rGO), andere 2-dimensionale Materialien oder Mischungen hiervon beinhalten. Jeder Kontakt des wenigstens einen Kontaktes 150 in 2A oder der wenigstens einen Kontakt 150, der den ersten Kontakt 150', den zweiten Kontakt 150’’ und den dritten Kontakt 150''' beinhaltet, kann jedes beliebige der oben beschriebenen Materialien für den wenigstens einen Kontakt 150 aufweisen. Der erste Kontakt 150 benachbart zu dem Ende 122 des Nanodrahtes kann ein unterschiedliches Material beinhalten, wie eine unterschiedliche Formulierung von Kombinationen von Materialien, und zwar im Gegensatz zu dem zweiten Kontakt 150, der benachbart ist zu dem Ende 124 des Nanodrahtes.
• Wie zuvor erwähnt, wird der wenigstens eine Nanodraht 120 der frequenzselektiven Vorrichtung vorzugsweise aus einem Verbundmaterial hergestellt, das Be und Te beinhaltet, wie Beryllium Tellurid (BeTe). Die frequenzselektive Vorrichtung kann jedoch aus anderen Materialien hergestellt sein, die thermoelektrische Eigenschaften zeigen, die ähnlich sind zu den thermoelektrischen Eigenschaften von BeTe. Im Allgemeinen werden die zu verwendenden Materialien gemäß dem gewünschten Betriebsfrequenzbereich der frequenzselektiven Vorrichtung ausgewählt. Es ist zusätzlich anzumerken, dass der Durchmesser der thermoelektrischen Übergänge 130 mit Durchmesser einer Größe im Nanobereich generell ebenfalls gemäß dem gewünschten Betriebsfrequenzbereich ausgewählt wird.
• Obgleich verschiedene Beschreibungen vorliegend auf wenigstens einen Nanodraht Bezug nehmen, sind die Beispiele nicht hierauf beschränkt, und es ist anzumerken, dass wenigstens ein Mikrodraht anstelle von wenigstens einem Nanodraht des wenigstens einen Nanodrahtes verwendet werden kann. Beispielsweise können Nanodrähte und Mikrodrähte der Beispiele generell Drähte beinhalten, die Durchmesser in einem Größenbereich haben, der von etwa 1 nm bis etwa 125 µm reicht. Der wenigstens eine Nanodraht kann daher einen Durchmesser in einem Größenbereich von etwa 50 nm bis 200 nm besitzen. In einem Beispiel kann der wenigstens eine Nanodraht einen Durchmesser in einem Größenbereich haben, der Nanopartikeln zugeordnet ist, die eine Größe von etwa 1-100 nm haben, und kann eine Länge haben, die länger ist als der Durchmesser des Nanodrahtes, beispielsweise eine Länge eines Nanodrahtes in einem Größenbereich von Millimetern (mm) bis Zentimetern (cm). Demzufolge kann der wenigstens eine Nanodraht ein hohes Verhältnis von Länge zu Dicke haben („high aspect ratio“). Demzufolge kann der wenigstens eine Nanodraht einen Querschnitt mit einer Abmessung im Nanobereich haben, einschließlich einem Querschnitt mit einer Größe im Nanobereich, und kann eine Querschnittsform haben, die ausgewählt ist aus bandförmig, dreieckförmig, rechteckförmig, oktogonal, rund, gerippt und dergleichen. Der wenigstens eine Nanodraht 120 kann ein thermoelektrischer Nanodraht sein. D.h., der wenigstens eine Nanodraht 120 kann aus einem Material oder einer Kombination von Materialien mit einem thermoelektrischen Ansprechverhalten gebildet sein, einschließlich einem Leiter und einem Halbleiter. Beispielsweise kann der wenigstens eine Nanodraht Beryllium (Be), Bismuth (Bi), Tellurium (Te), Antimon (Sb), Zinn (Sn), Blei (Pb), Selen (Se), Nickel (Ni), Cobalt (Co) oder Verbundmaterialien beinhalten, einschließlich jede beliebige Kombination von Be, Bi, Te, Sb, Sn, Pb, Se, Ni und Co. Der wenigstens eine Nanodraht 120 kann ein Verbund-Nanodraht sein, der aus mehr als einem Material gebildet ist, wie mehr als ein Material, das ausgewählt ist aus Be, Bi, Te, Sb, Sn, Pb, Se, Ni und Co. Jeder Nanodraht oder der Array von Nanodrähten, (wie nachstehend beschrieben) kann durch ein beliebiges Verfahren einer Vielzahl von Wegen gebildet sein, einschließlich lithographisch, epitaxisch, durch geführte Selbstanordnung bzw. Eigenmontage, durch Extrusion, durch chemische Prozesse und mit anderen verschiedenen Wachstumstechniken, oder Kombinationen hiervon.
• Wie oben beschrieben, kann der wenigstens eine Nanodraht 120 in einem Array konfiguriert sein, einschließlich eines 2-dimensionalen Arrays und eines 3-dimensionalen Arrays wie eines volumetrischen Arrays. Es ist anzumerken, dass ein 3-dimensionaler Array aus Nanodrähten einige Schichten eines 2-dimensionalen Arrays beinhalten kann, wie einige Schichten eines 2-dimensionalen Arrays aus frequenzselektiven elektromagnetischen Detektoren, beispielsweise einige Schichten der Vorrichtung 113 der 3, wobei jede Schicht der 2-dimensionalen Arrays hinter einer anderen angeordnet wird. Ein Vorteil eines 3-dimensionalen Arrays liegt daran, dass dann, wenn der Absorptionskoeffizient in dem Nanodraht von einer Schicht nicht groß genug ist, um das gesamte einfallende Licht zu detektieren (wobei mit anderen Worten ein Teil des Lichtes durchscheint), das dann die Nanodrähte in darauffolgenden Schichten das verbleibende Licht „einfangen“ können. Ein weiterer Vorteil eines 3-dimensionalen Arrays liegt darin, dass eine Erfassung von Photonen aus ankommendem Licht durch Nanodrähte von aufeinanderfolgenden Schichten von Nanodrähten dazu verwendet werden könnte, um Phaseninformation der erfassten Photonen herauszubekommen bzw. zu extrahieren, anstelle nur von deren Amplitude.
• 4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm der offenbarten frequenzselektiven elektromagnetischen Vorrichtung, wie der Vorrichtung 113 der 3, wobei diese im Betrieb 100 als eine bildgebende Vorrichtung arbeitet. In dieser Figur sind drei Photonen 110, 115, 116 gezeigt, wie sie sich in Richtung auf eine frequenzselektive Bildgebungsvorrichtung 160 ausbreiten. Demzufolge kann die Vorrichtung 113 ferner wenigstens ein optisches Element 165 beinhalten, das dazu konfiguriert ist, um elektromagnetische Energie zu manipulieren, die an dem wenigstens einen Nanodraht ankommt, wobei das Manipulieren eines oder mehrere der Manipulationsverfahren Filtern, Fokussieren, Sammeln und Kollimieren der elektromagnetischen Energie beinhaltet. Die Photonen treffen auf eine Sammelfläche eines fokussierenden Elementes 165 auf. Das fokussierende Element 165 kann einen Array aus Linsen bzw. Objektiven beinhalten. Die für das fokussierende Element zu verwendenden Vorrichtungen bzw. Arten von Vorrichtungen beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, eine einzelne Linse, eine doppelte Linse, einen Array aus Linsen, eine Fresnel-Linse, refraktive Elemente, reflektive Elemente (z.B. konkave Spiegel), und andere verwandte Linsensysteme bis hin zur Komplexität eines vollständig durchkonstruierten Teleskops. Das fokussierende Element 165 kann dazu verwendet werden, um die Photonen auf die frequenzselektive bildgebende Vorrichtung 160 zu fokussieren, die die Vorrichtung 113 beinhaltet.
• Jedes Photon besitzt eine Frequenz (z.B. besitzt das Photon 110 eine Frequenz v1, das Photon 115 besitzt eine Frequenz v2, und das Photon 116 besitzt eine Frequenz v3), die proportional ist zu seinem jeweiligen Energieniveau (z.B. hat das Photon 110 ein Energieniveau E1, das Photon 115 hat ein Energieniveau E2, und das Photon 116 hat ein Energieniveau E3). Die Energie (E) ist gleich hv, wobei h gleich der Planck'schen Konstante ist und wobei v gleich der Frequenz ist. Es ist anzumerken, dass für eine gegebenen Frequenz (v), deren entsprechende Wellenlänge (λ) gleich c/v ist, wobei c gleich der Lichtgeschwindigkeit ist.
• Wie es ferner in 4 gezeigt ist, beinhaltet die frequenzselektive bildgebende Vorrichtung 160 einen Pixelarray mit einer Vielzahl von Pixeln. Jeder der Vielzahl von Pixeln beinhaltet wenigstens einen Nanodraht 120. Während des Betriebs der offenbarten frequenzselektiven bildgebenden Vorrichtung 160, und zwar dann wenn die thermoelektrischen Übergänge mit Durchmessern einer Größe im Nanobereich des wenigstens einen Nanodrahtes in der Vorrichtung 113 jeweils ein Photon 110, 115, 116 erfassen, emittiert jeder thermoelektrische Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich einen elektrischen Impuls 140, 145, 147 über die Kontakte 150, die benachbart sind zu dem entsprechenden Nanodraht und sich in thermischer und/oder elektrischer Kommunikation mit dem entsprechenden Nanodraht befinden. Die Spannung von jedem der emittierten elektrischen Impulse 140, 145, 147 ist proportional zu dem Energieniveau des erfassten jeweiligen Photons 110, 115, 116, und folglich kann die Größe von jedem der emittieren elektrischen Impulse 140, 145, 147 dazu verwendet werden, um die zugeordnete Frequenz des jeweiligen Photons 110, 115, 117 zu bestimmen.
• Es ist anzumerken, dass das Betriebs-Regime der Frequenzerfassung von jedem beliebigen Material, das als ein herkömmlicher Halbleiter arbeitet, auf kürzere Wellenlängen begrenzt ist, da Photonen, die längere Wellenlängen haben, nicht genug Energie besitzen, um die Elektronen über die Bandlücke des Materials hinaus anzuregen. Wenn Wellenlängen eine Photonenenergie haben, die unterhalb jener der Bandlücke des Materials ist, reagiert das Halbleitermaterial nicht. Die Folge besteht darin, dass eine Auswahl der Materialien, aus denen Nanodrähte 120 hergestellt sind, die Betriebsfrequenz der Vorrichtung 111 bestimmen wird, einschließlich der Vorrichtung 113, die als eine bildgebende Vorrichtung 160 wirkt. Ein beispielhafter Erfassungsbereich für die frequenzselektive elektromagnetische Vorrichtung 111, für die Vorrichtung 113 wie auch für die Systeme 100, 200 und 300 beinhaltet demzufolge, obgleich er nicht auf einen bestimmten Erfassungsbereich eingeschränkt ist, einen Bereich von etwa 100 Mikrometer bis etwa 0,1 Mikrometer (Mikron), einschließlich einer Frequenzdiskriminierung (der Aspekt des schmalen Bandes, „narrow band aspect“), die in der Größenordnung von 10^-3 sein kann. Mit anderen Worten können Photonen mit Wellenlängen unterschieden in der Größenordnung von etwa 10^-3 Mikrometer auflösbar sein, und zwar beispielsweise durch die Vorrichtung 111, die Vorrichtung 113 sowie die hier beschriebenen Systeme 100, 200 und 300.
• Wie es in 5 dargestellt ist, kann die Vorrichtung 111 ferner einen Verstärker 501 aufweisen, der die Signale empfängt, die von dem wenigstens einen Nanodraht 120 erzeugt sind und die durch den wenigstens einen Kontakt 150 durch oder entlang des wenigstens einen Kontaktes 150 transportiert sind. Die Vorrichtung 111 kann ferner ein Substrat 503 aufweisen, das zum Aufnehmen von Wärme dient, die an dem wenigstens einen Nanodraht erzeugt wird, und zwar wenn der wenigstens eine Nanodraht ein Photon entgegennimmt, das einen Ladungsträger erzeugt, wobei der Ladungsträger anschließend von dem wenigstens einen Nanodraht wegkommuniziert wird. Demgemäß kann die Vorrichtung 113, obgleich dies in einer Figur nicht gezeigt ist, auch einen Verstärker und ein Substrat beinhalten, wie es oben für die Vorrichtung 111 beschrieben ist.
• Frequenzselektives bildgebendes System
• Ein frequenzselektives bildgebendes System kann eine Vorrichtung 111 der 2A und/oder die Vorrichtung 113 der 3 beinhalten. Beispielsweise kann ein frequenzselektives bildgebendes System wenigstens eine Intensitätssteuereinrichtung beinhalten, die einen Bereich einer Ankommens- bzw. Auftreffrate von Photonen auswählt, die zu erfassen sind, kann wenigstens ein fokussierendes Element zum Fokussieren der Photonen beinhalten, die erfasst werden, kann wenigstens eine frequenzselektive Bilderzeugungs- bzw. Bildgebungsvorrichtung beinhalten, die die Photonen erfasst, die von dem wenigstens einen fokussierenden Element fokussiert werden, wobei die wenigstens eine frequenzselektive Bildgebungsvorrichtung aus einer Vorrichtung wie der Vorrichtung 113 gebildet ist. Es ist anzumerken, dass das frequenzselektive bildgebende System wenigstens eine Polarisationssteuereinrichtung beinhalten kann, und zwar zum Auswählen einer Polarisierung von Photonen, die zu erfassen sind, wobei die wenigstens eine Polarisationssteuereinrichtung jedoch optional ist. Die frequenzselektive bildgebende Vorrichtung erfasst wenigstens ein Photon, wobei die wenigstens eine frequenzselektive bildgebende Vorrichtung wenigstens einen elektrischen Impuls mit einer Spannung emittiert, die proportional ist zu einem Energieniveau von wenigstens einem Photon. Das frequenzselektive bildgebende System kann daher auch wenigstens einen Prozessor zum Verarbeiten des wenigstens einen elektrischen Impulses und zum Erzeugen eines multispektralen Bildes aus Information von dem wenigstens einen elektrischen Impuls beinhalten, sowie ein Display zum Anzeigen des multispektralen Bildes.
• Die frequenzselektive bildgebende Vorrichtung kann einen Array aus Nanodrähten aufweisen, wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt, der zwischen einem ersten und einem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist und der sich in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder in sowohl thermischer als auch elektrischer Kommunikation mit dem ersten und dem zweiten der Nanodrähte befindet, und kann wenigstens einen thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich beinhalten, der zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem ersten oder dem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt aus Graphen oder den anderen oben beschriebenen Materialien gebildet sein kann.
• 6 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm des offenbarten frequenzselektiven bildgebenden Systems 200, das wenigstens eine Vorrichtung 113 beinhaltet. Um die Betriebsweise des offenbarten Systems 200 zu verstehen, wird der Pfad von einigen wenigen Photonen 210, 215, 220 beschrieben, die durch das System 200 wandern. Es ist anzumerken, dass jedes der Photonen 210, 215, 220 eine unterschiedliche Wellenlänge besitzt (d.h. die Photonen sind multispektral). In dieser Figur sind die Photonen 210, 215, 220 so gezeigt, dass sie sich in eine Intensitätssteuereinrichtung 225 hinein ausbreiten. Die Intensitätssteuereinrichtung 2225 wird dazu verwendet, um einen Betriebsbereich für das offenbarte System 200 einzustellen (d.h. einen Bereich der Ankunftsrate der Photonen, die erfasst werden sollen, auszuwählen), wodurch die Intensitätssteuereinrichtung 225 als eine elektromagnetische Energiefiltereinrichtung arbeitet. Die Typen von Einrichtungen, die für die offenbarte Intensitätssteuereinrichtung 225 verwendet werden können, beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, ein Neutraldichtefilter und ein Dunkelfarbfilter („neutral-density filter“ and „dark color filter“). Die Photonen 210, 215, 220 werden von der Intensitätssteuereinrichtung 225 ausgegeben und können in eine Polarisationssteuereinrichtung 230 hinein ausgebreitet werden. Die optionale Polarisationssteuereinrichtung 230 kann dazu verwendet werden, um eine Polarisation der Photonen auszuwählen, die erfasst werden sollen, und arbeitet als solche als Polarisierer. Die Polarisationssteuereinrichtung 230 kann verschiedene unterschiedliche Polarisationen auswählen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, eine horizontale Polarisation und eine vertikale Polarisation, sowie eine linksgängig kreisförmige Polarisation als auch eine rechtsgängig kreisförmige Polarisation. Typen von Einrichtungen, die für die offenbarte Polarisationssteuereinrichtung 230 verwendet werden können, beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, eine Polarisationsplatte, einen Brewster-Winkel-Polarisierer und einen Dünnfilmpolarisierer. Der genaue Typ der Polarisationssteuereinrichtung 230, die für das System 200 ausgewählt wird, hängt von den bestimmten Konstruktionsumgebungen ab, wie von dem Polarisationszurückweisungsverhältnis („polarisation rejection ratio“), der Größe und den Gewichtsbeschränkungen des Polarisierers, sowie dem Wellenlängen-Betriebsbereich.
• Aus dem Ausgang der Polarisationssteuereinrichtung 230 lässt man die Photonen 210, 215, 220 sich auf eine Sammelfläche eines fokussierenden Elementes 235 ausbreiten. Das fokussierende Element 235 ist als ein Element gezeigt, das einen Array von Linsen 240 beinhaltet. Typen von Einrichtungen, die für das fokussierende Element 235 verwendet werden, beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, eine einzelne Linse, eine doppelte Linse, einen Array von Linsen, eine Fresnel-Linse, refraktive Elemente, reflektive Elemente (z.B. konkave Spiegel), und andere verwandte Linsensysteme bis hin zur Komplexität eines vollständig durchkonstruierten Teleskops. Das fokussierende Element 235 wird dazu verwendet, um die Photonen 210, 215, 220 auf eine frequenzselektive bildgebende Einrichtung 660 zu fokussieren, die die Vorrichtung 113 beinhaltet. Die frequenzselektive bildgebende Einrichtung 660 weist einen Array von Pixeln auf, die in einem Brennebenenarray angeordnet sein können. Jeder der Pixel beinhaltet den wenigstens einen Nanodraht 120 in Kommunikation mit wenigstens einem 2-dimensionalen Kontakt 150, der aus Graphen gebildet sein kann, und zwar an den Enden des wenigstens einen Nanodrahtes, wie oben beschrieben, derart, dass wenigstens ein thermoelektrischer Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich zwischen dem wenigstens einen Nanodraht und dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt angeordnet ist. D.h., der wenigstens eine Nanodraht 120 und der 2-dimensionale Kontakt 150 können sich in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder sowohl in thermischer als auch elektrischer Kommunikation befinden.
• Sobald die frequenzselektive bildgebende Einrichtung 660 die Photonen 210, 215, 220 erfasst, emittiert die frequenzselektive bildgebende Einrichtung elektrische Impulse, die jeweils eine Spannung haben, die proportional ist zu dem Energieniveau des jeweiligen erfassten Photons 210, 215, 220. Die elektrischen Impulse werden über einen Verbund-Array-Ausgang 255 zur Eingabe in einen Prozessor 260 zur weiteren Verarbeitung gesendet. Der Prozessor 260 verwendet dann die emittierte elektrische Impulsinformation, um die zugeordnete Frequenz und/oder die zugeordnete Wellenlänge von jedem der Photonen 210, 215, 220 zu bestimmen. Der Prozessor 260 verwendet diese Information aus den Photonen 210, 215, 220, um ein multispektrales Bild zu erzeugen, beispielsweise auf einer Anzeige 265.
• Es ist anzumerken, dass der Array von Pixeln in der frequenzselektiven bildgebenden Einrichtung 660 in einem scannenden linearen Array angeordnet sein kann anstelle in einem Brennebenenarray. Zusätzlich hierzu kann jeder Pixel mehr als einen Nanodraht 250 beinhalten (d.h. jeder Pixel kann mehr als einen thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich beinhalten). Zusätzlich hierzu kann ein Pixel weitere zusätzliche Einrichtungen beinhalten (z.B. eine ladungsgekoppelte Einrichtung („charge-coupled device“, CCD), anstelle nur eines Nanodrahtes bzw. nur von Nanodrähten.
• Für das offenbarte System 200 ist ein Verfahren notwendig, um eine Frequenzkalibrierung bereitzustellen. Typischerweise beinhaltet dies die Verwendung von Emissionsspektren aus Proben (z.B. Neon und Quecksilber), die Frequenzausgänge haben, die gut charakterisiert und mit einer Standardkalibrierung verfolgbar sind, wie Standards des National Institute of Standards and Technology (NIST). Wenn man diese Ausgänge durch die frequenzselektive bildgebende Einrichtung 660 sich hindurch ausbreiten lässt und betriebsmäßig mit den bekannten Standards korreliert, lässt sich das Gesamtsystem 200 hinsichtlich der Frequenz kalibrieren.
• Zusätzlich ist eine Prozedur notwendig, um eine temporäre bzw. zeitliche Kalibrierung für das System 200 bereitzustellen. Dies beinhaltet generell das Verwenden von Zeitvorgabeimpulsen mit einer oder mehreren Frequenzen, die Impulsabstände haben, die wohldefiniert sind. Gewöhnlich werden hochpräzise Einrichtungen auf absolute Standards festgelegt, die von dem NIST oder von anderen sorgfältig kalibrierten Quellen erzeugt sind. Wenn man diese Ausgänge sich durch die frequenzselektive bildgebende Einrichtung 660 hindurch ausbreiten lässt und betrieblich mit den bekannten Standards korreliert, lässt sich das Gesamtsystem 200 hinsichtlich der Zeit bzw. temporär kalibrieren.
• Kommunikationssystem
• Ein Kommunikationssystem zum Sensieren bzw. Erfassen einer Folge von Photonen kann die Vorrichtung 111 der 2A und/oder die Vorrichtung 113 der 3 beinhalten. Dieses System kann wenigstens eine Intensitätssteuereinrichtung beinhalten, die einen Bereich einer Ankunftsrate von Photonen auswählt, die zu erfassen sind, kann wenigstens ein fokussierendes Element zum Fokussieren der Photonen, die zu erfassen sind, beinhalten, kann wenigstens einen frequenzselektiven elektromagnetischen Detektor beinhalten, der die Photonen detektiert, die von dem wenigstens einen fokussierenden Element fokussiert sind, und kann wenigstens eine Polarisationssteuereinrichtung beinhalten, und zwar zum Auswählen einer Polarisation der Photonen, die zu erfassen sind, obgleich die wenigstens eine Polarisationssteuereinrichtung optional ist. Der frequenzselektive Detektor detektiert wenigstens ein Photon. Im Betrieb emittiert der wenigstens eine frequenzselektive Detektor wenigstens einen elektrischen Impuls mit einer Spannung, die proportional zu einem Energieniveau des wenigstens einen Photons ist. Das Kommunikationssystem kann daher ferner wenigstens einen Prozessor zum Verarbeiten des wenigstens einen elektrischen Impulses und zum Erzeugen eines multispektralen Bildes aus Information von dem wenigstens einen elektrischen Impuls beinhalten.
• Der wenigstens eine frequenzselektive Detektor kann einen Array von Nanodrähten beinhalten, wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt, der zwischen einem ersten und einem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist und der sich in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder sowohl in thermischer als auch in elektrischer Kommunikation mit dem ersten und dem zweiten der Nanodrähte befindet, und kann wenigstens einen thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich beinhalten, der zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem ersten oder dem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist.
• 7 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm des offenbarten frequenzselektiven Kommunikationssystems 300 zum Erfassen bzw. Sensieren einer Folge von Photonen mit mehrfachen Wellenlängen. Insbesondere stellt diese Figur dar, wie das offenbarte frequenzselektive Kommunikationssystem eine multispektrale Kommunikation zwischen unabhängigen Sendern 320, 325, 330 und Empfängern 375, 380, 390 bereitstellt. Um den Betrieb des offenbarten Systems 300 zu verstehen, wird der Pfad einer Folge von Photonen 305, 310, 315 beschrieben, die durch das System 300 wandern.
• In dieser Figur sind drei unabhängige Sender 320, 325, 330 gezeigt, wie sie Photonen 305, 310, 315 mit codierten Daten („encoded data photons“) ausgeben, die einzigartige Frequenzen und Polarisationen zum Zwecke der Übertragung bzw. Sendung besitzen. Die Photonen 305, 310, 315 werden an eine multispektrale Multiplexereinheit 350 gesendet. Die Multiplexereinheit 350 mischt die multispektralen Photonen 305, 310, 315 in eine Folge bzw. Sequenz zur Übertragung über faseroptische Verbindungen, Verbindungen im freien Raum oder andere anwendbare Kommunikationsverbindungen 395.
• Die Folge von multispektralen Photonen 305, 310, 315 wird dann in eine Intensitätssteuereinrichtung 355 hinein ausgebreitet. Die Intensitätssteuereinrichtung 355 wird dazu verwendet, um einen Betriebsbereich für das offenbarte System 300 einzustellen, (d.h., einen Bereich der Ankunftsrate der Photonen auszuwählen, die erfasst werden sollen), und arbeitet daher als ein elektromagnetisches Energiefilter. Typen von Einrichtungen, die für die offenbarte Intensitätssteuereinrichtung 355 verwendet werden können, beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, ein Neutraldichtefilter und ein Dunkelfarbfilter.
• Die Folge von Photonen 305, 310, 315 wird aus der Intensitätssteuereinrichtung 355 ausgegeben und in eine Polarisationssteuereinrichtung 360 ausgebreitet. Die Polarisationssteuereinrichtung 360 wird dazu verwendet, um eine Polarisation der Photonen auszuwählen, die erfasst werden sollen, und arbeitet daher als solche als ein Polarisierer. Die Polarisationssteuereinrichtung 360 kann verschiedene unterschiedliche Polarisationen auswählen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, einer horizontalen Polarisation, einer vertikalen Polarisation, einer linksgängigen zirkularen Polarisation und einer rechtsgängigen zirkularen Polarisation. Typen von Einrichtungen, die für die offenbarte Polarisationssteuereinrichtung 360 verwendet werden können, beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, eine Polarisationsplatte, einen Brewster-Winkel-Polarisierer und einen Dünnfilm-Polarisierer. Der genaue Typ von Polarisierereinrichtung, der für das System 300 auszuwählen ist, hängt von den besonderen Konstruktions- bzw. Engineering Erfordernissen ab, wie dem Polarisationszurückweisungsverhältnis, der Größe und Gewichtsbeschränkungen des Polarisierers, sowie dem Wellenlängenbereich für den Betrieb.
• Aus dem Ausgang der Polarisationssteuereinrichtung 360 lässt man die Folge von Photonen 305, 310, 315 sich auf die Sammeloberfläche eines fokussierenden Elementes 365 ausbreiten. Typen von Einrichtungen, die für das fokussierende Element 365 verwendet werden sollen, beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, eine einzelne Linse, eine doppelte Linse, einen Array aus Linsen, eine Fresnel-Linse, refraktive Elemente, reflektive Elemente (z.B. konkave Spiegel), und andere verwandte Linsensysteme bis hin zur Komplexität eines vollständig durchkonstruierten Teleskops. Das fokussierende Element 365 wird dazu verwendet, um die Photonen 305, 310, 315 auf einen frequenzselektiven elektromagnetischen Detektor 760 zu fokussieren, der eine Vorrichtung 111 der 2A und/oder eine Vorrichtung 113 der 3 beinhalten kann.
• Sobald der frequenzselektive elektromagnetische Detektor 360 die Folge von Photonen 305, 310, 315 erfasst, emittiert der frequenzselektive elektromagnetische Detektor 760 eine Folge von elektrischen Impulsen 335, 340, 345. Jeder der elektrischen Impulse 335, 340, 345 besitzt eine Spannung, die proportional ist zu dem Energieniveau seines jeweiligen Photons 305, 310, 315. Die Folge von elektrischen Impulsen 335, 340, 345 wird dann in einen Prozessor 370 zur Verarbeitung und zum De-Multiplexen eingegeben. Der Prozessor 370 verwendet die Information der emittierten elektrischen Impulse 335, 340, 345, um die zugeordnete Frequenz und/oder Wellenlänge von jedem der Photonen 305, 310, 315 zu bestimmen. Nachdem die elektrischen Impulse 335, 340, 345 de-multiplext sind, sendet der Prozessor 370 jeden der elektrischen Impulse 335, 340, 345 an einen unterschiedlichen Empfänger 375, 380, 390.
• Für das offenbarte System 300 ist eine Prozedur notwendig, um eine Frequenzkalibrierung bereitzustellen. Typischerweise beinhaltet dies das Verwenden von Emissionsspektren von Proben (z.B. Neon und Quecksilber), die Frequenzausgänge haben, die wohl charakterisiert und verfolgbar sind, und zwar für eine Standardkalibrierung, wie die Standards des National Institute of Standards and Technology (NIST). Wenn man diese Ausgänge durch den frequenzselektiven elektromagnetischen Detektor 760 sich hindurch ausbreiten lässt und betriebsmäßig mit den bekannten Standards korreliert, wird das Gesamtsystem 300 hinsichtlich der Frequenz kalibriert.
• Zusätzlich ist eine Prozedur notwendig, um für eine temporäre bzw. zeitliche Kalibrierung des Systems 300 zu sorgen. Generell beinhaltet dies die Verwendung von Zeitvorgabeimpulsen aus einer oder mehreren Frequenzen, die Impulsabstände haben, die wohldefiniert sind. Gewöhnlich werden hochpräzise Einrichtungen auf absolute Standards festgelegt, die von dem NIST erzeugt sind, oder von einer anderen sorgfältig kalibrierten Quelle. Wenn man diese Ausgänge sich durch den frequenzselektiven elektromagnetischen Detektor 760 hindurch ausbreiten lässt und betriebsmäßig mit den bekannten Standards korreliert, wird das Gesamtsystem 300 zeitlich kalibriert.
• Beispiel
• Es wurden Vergleichsdaten des Raman-Spektrums sowohl von dem thermoelektrischen Nanodrahtmaterial als auch dem Graphen unabhängig voneinander beschafft. Die beispielhaften Daten des Raman-Spektrums von Graphen, gekoppelt mit einem Ende eines thermoelektrischen Nanodrahtes wie bei der oben beschriebenen frequenzselektiven elektromagnetischen Vorrichtung, wurden ebenfalls eingeholt bzw. beschafft. Die beispielhaften Spektraldaten zeigt verbreiterte Graphen-Peaks, die sich hin zu niedrigeren Energien verschoben hatten, verglichen mit den unabhängig gewonnen Vergleichs-Spektraldaten. Obgleich keine Beschränkung auf eine bestimmte Theorie erfolgen soll, wird angenommen, dass eine elektronische Spektralkopplung an der Schnittstelle zwischen dem Nanodraht und dem Graphen dazu führt, dass die Graphen-Peaks verbreitert werden und sich hin zu niedrigeren Energien (längeren Wellenlängen) verschieben.
• Ferner beinhaltet die Offenbarung Ausführungsformen gemäß den folgenden Klauseln:
• Klausel 1. Frequenzselektive elektromagnetische Vorrichtung, mit: wenigstens einem Nanodraht, der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das zweite Ende dem ersten Ende gegenüberliegt; mit wenigstens einem 2-dimensionalen Kontakt, der benachbart zu dem ersten Ende oder zu dem zweiten Ende angeordnet ist und der sich mit dem wenigstens einen Nanodraht in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder sowohl in thermischer als auch in elektrischer Kommunikation befindet; und mit wenigstens einem thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich, wobei der thermoelektrische Übergang zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem wenigstens einen Nanodraht angeordnet ist.
• Klausel 2. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt ein einzelnes Molekül aufweist.
• Klausel 3. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt eine Dicke von einem einzelnen Molekül aufweist.
• Klausel 4. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine 2-dimensinale Kontakt eine einzelne Schicht aufweist, die eine Dicke eines einzelnen Moleküls hat.
• Klausel 5. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt mehr als eine Schicht aufweist, und wobei wenigstens eine Schicht der mehr als einen Schicht eine Dicke eines einzelnen Moleküls aufweist.
• Klausel 6. Vorrichtung nach Klausel 5, wobei jede Schicht der mehr als einen Schicht eine Dicke von einem einzelnen Molekül aufweist.
• Klausel 7. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt Graphen aufweist.
• Klausel 8. Vorrichtung nach Klausel 7, wobei das Graphen ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Monoschicht-Graphen, Bi-Schicht-Graphen, Graphen mit wenigen Schichten, Graphen mit eingelagertem Brom und Mischungen hiervon besteht.
• Klausel 9. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt WS2, MoS2, h-BN oder Mischungen hiervon aufweist.
• Klausel 10. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt einen ersten 2-dimensionalen Kontakt aufweist, der an dem ersten Ende des wenigstens einen Nanodrahtes angeordnet ist, und einen zweiten 2-dimensionalen Kontakt aufweist, der an dem zweiten Ende des wenigstens einen Nanodrahtes angeordnet ist, und wobei der erste 2-dimensionale Kontakt und der zweite 2-dimensionale Kontakt jeweils ein Material aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Monoschicht-Graphen, Bi-Schicht-Graphen, Graphen mit wenigen Schichten, Graphen mit eingelagertem Brom und Mischungen hiervon besteht.
• Klausel 11. Vorrichtung nach Klausel 10, wobei das Material des ersten 2-dimensionalen Kontaktes gegenüber dem Material des zweiten 2-dimensionalen Kontaktes unterschiedlich ist.
• Klausel 12. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine Nanodraht einen Verbund-Nanodraht aufweist.
• Klausel 13. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine Nanodraht einen 2-dimensionalen Array von Nanodrähten aufweist.
• Klausel 14. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine Nanodraht in Antwort auf den Empfang eines Photons ein Signal erzeugt.
• Klausel 15. Vorrichtung nach Klausel 14, wobei die Vorrichtung ferner einen Verstärker aufweist, der das von dem wenigstens einen Nanodraht erzeugte Signal empfängt.
• Klausel 16. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine Nanodraht einen thermoelektrischen Nanodraht aufweist.
• Klausel 17. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine Nanodraht ein Material aufweist, das ein thermoelektrisches Ansprechverhalten aufweist.
• Klausel 18. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine Nanodraht Beryllium (Be), Bismut (Bi), Tellur (Te), Antimon (Sb), Zinn (Sn), Blei (Pb), Selen (Se), Nickel (Ni), Cobalt (Co) oder Kombinationen hiervon aufweist.
• Klausel 19. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine thermoelektrische Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich eine Schnittstelle zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem wenigstens einen Nanodraht aufweist.
• Klausel 20. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei die elektrischen Eigenschaften der elektrischen Kommunikation und die thermische Eigenschaften der thermischen Kommunikation voneinander entkoppelt sind.
• Klausel 21. Vorrichtung nach Klausel 20, wobei die thermische Kommunikation eine Änderung der Temperatur beinhaltet, die erzeugt wird durch einen Transport von Photonen, und zwar angeregt bei dem Entgegennehmen bzw. Annehmen eines Photons durch den wenigstens einen Nanodraht.
• Klausel 22. Vorrichtung nach Klausel 20, wobei die elektrische Kommunikation eine Änderung einer Spannung beinhaltet, die erzeugt wird durch einen Transport von Elektronen, von Löchern oder sowohl von Elektronen als auch von Löchern, und zwar erzeugt bei dem Entgegennehmen eines Photons durch den wenigstens einen Nanodraht.
• Klausel 23. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine Nanodraht einen ersten Nanodraht und einen zweiten Nanodraht aufweist, wobei der zweite Nanodraht benachbart zu dem ersten Nanodraht ist, diesen jedoch nicht physikalisch kontaktiert, und wobei der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Nanodraht angeordnet ist.
• Klausel 24. Vorrichtung nach Klausel 1, ferner mit einem Substrat zum Akzeptieren bzw. Aufnehmen von Wärme, die an dem wenigstens einen Nanodraht erzeugt wird, und zwar bei dem Entgegennehmen bzw. Akzeptieren eines Photons durch den wenigstens einen Nanodraht, wobei das Photon einen Ladungsträger erzeugt, wobei der Ladungsträger von dem wenigstens einen Nanodraht weg kommuniziert wird.
• Klausel 25. Vorrichtung nach Klausel 1, wobei der wenigstens eine Nanodraht einen Array aus Nanodrähten aufweist, und wobei Nanodrähte des Arrays aus Nanodrähten lithografisch, epitaxisch, durch eine geführte Selbstmontage, durch Extrusion oder durch Kombinationen hiervon gebildet sind.
• Klausel 26. Vorrichtung nach Klausel 1, ferner mit wenigstens einem optischen Element, das dazu konfiguriert ist, um elektromagnetische Energie zu manipulieren, die an dem wenigstens einen Nanodraht ankommt, wobei das Manipulieren eine oder mehrere der Manipulationsarten Filtern, Fokussieren, Sammeln und Kollimieren der elektromagnetischen Energie beinhaltet.
• Klausel 27. Bildgebendes System mit wenigstens einer Intensitätssteuereinrichtung, die einen Bereich einer Ankunftsrate von Photonen auswählt; mit wenigstens einem fokussierenden Element zum Fokussieren der Photonen; mit wenigstens einer frequenzselektiven bildgebenden Einrichtung, die die Photonen detektiert, die von dem wenigstens einen fokussierenden Element fokussiert sind, wobei die wenigstens eine frequenzselektive bildgebende Einrichtung aufweist: einen Array aus Nanodrähten, wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt, der zwischen einem ersten und einem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist und sich in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder in sowohl thermischer als auch elektrischer Kommunikation mit dem ersten und dem zweiten der Nanodrähte befindet, und wenigstens einen thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich, wobei der Übergang zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem ersten oder dem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist, wobei die frequenzselektive bildgebende Einrichtung wenigstens ein Photon erfasst und wenigstens einen elektrischen Impuls emittiert, der eine Spannung hat, die proportional ist zu einem Energieniveau des wenigstens einen Photons, wenigstens einen Prozessor zum Verarbeiten des wenigstens einen elektrischen Impulses und zum Erzeugen eines multispektralen Bildes aus Information von dem wenigstens einen elektrischen Impuls; und eine Anzeige zum Anzeigen des multispektralen Bildes.
• Klausel 28. Bildgebendes System nach Klausel 27, wobei der Array einen 2-dimensionalen Array aus Nanodrähten aufweist.
• Klausel 29. Bildgebendes System nach Klausel 27, wobei der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt Graphen aufweist.
• Klausel 30. Bildgebendes System nach Klausel 29, wobei das Graphen ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Monoschicht-Graphen, Bi-Schicht-Graphen, Graphen aus wenigen Schichten, Graphen mit eingelagertem Brom und Mischungen hiervon besteht.
• Klausel 31. Bildgebendes System nach Klausel 27, wobei die Nanodrähte ein Material aufweisen, das ein thermoelektrisches Ansprechverhalten hat.
• Klausel 32. Bildgebendes System nach Klausel 27, ferner mit wenigstens einer Polarisationssteuereinrichtung zum Auswählen einer Polarisation der Photonen.
• Klausel 33. Kommunikationssystem mit: wenigstens einer Intensitätssteuereinrichtung, die einen Bereich einer Ankunftsrate von Photonen auswählt; mit wenigstens einem fokussierenden Element zum Fokussieren der Photonen; mit wenigstens einem frequenzselektiven elektromagnetischen Detektor der die Photonen detektiert, die von dem wenigstens einen fokussierenden Element fokussiert sind, wobei der wenigstens eine frequenzselektive elektromagnetische Detektor aufweist: einen Array aus Nanodrähten, wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt, der zwischen einem ersten und einem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist und der sich in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder sowohl in thermischer als auch in elektrischer Kommunikation mit dem ersten und dem zweiten der Nanodrähte befindet, und wenigstens einen thermoelektrischen Übergang mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich, wobei der Übergang zwischen dem wenigstens einen 2-dimensionalen Kontakt und dem ersten oder dem zweiten der Nanodrähte angeordnet ist, wobei der frequenzselektive elektromagnetische Detektor wenigstens ein Photon detektiert, wobei der wenigstens eine frequenzselektive elektromagnetische Detektor wenigstens einen elektrischen Impuls emittiert, der eine Spannung hat, die proportional ist zu einem Energieniveau von wenigstens einem Photon, und wenigstens einen Prozessor aufweist, zum Verarbeiten des wenigstens einen elektrischen Impulses und zum Erzeugen eines multispektralen Bildes aus Information von dem wenigstens einen elektrischen Impuls.
• Klausel 34. Kommunikationssystem nach Klausel 33, wobei der wenigstens eine 2-dimensionale Kontakt Graphen aufweist.
• Klausel 35. Kommunikationssystem nach Klausel 34, wobei das Graphen ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Monoschicht-Graphen, Bi-Schicht-Graphen, Graphen aus wenigen Schichten, Graphen mit eingelagertem Brom und Mischungen hiervon besteht.
• Klausel 36. Kommunikationssystem nach Klausel 33, ferner mit wenigstens einer Polarisationssteuereinrichtung zum Auswählen einer Polarisation der Photonen.
• Klausel 37. Kommunikationssystem nach Klausel 33, wobei der Array von Nanodrähten einen 2-dimensionalen Array von Nanodrähten aufweist.
• Obgleich die vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf eine oder mehrere Implementierungen dargestellt worden sind, können an den dargestellten Beispielen ohne Verlassen des Schutzbereiches der beigefügten Ansprüche Abwandlungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden. Beispielsweise versteht sich, dass die vorliegenden Lehren auch dann, wenn der Prozess als eine Reihenfolge von Vorfällen oder Eventen beschrieben ist, nicht auf die Reihenfolge dieser Vorfälle oder Evente bzw. Schritte beschränkt ist. Einige dieser Schritte können in unterschiedlichen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig miteinander erfolgen, oder können gleichzeitig mit anderen den Vorfällen oder Schritten erfolgen, die sich von den vorliegend beschriebenen unterscheiden. Ferner müssen nicht sämtliche Prozessstufen notwendigerweise eine Methodenlehre gemäß einem oder mehreren Aspekten oder Beschreibungen der vorliegenden Lehren implementieren. Es versteht sich, dass strukturelle Komponenten und/oder Verarbeitungsstufen hinzugefügt werden können, oder dass existierende strukturelle Komponenten und/oder Verarbeitungsstufen entfernt oder modifiziert werden können. Ferner können einer oder mehrere der vorliegend beschriebenen Schritte bzw. Vorfälle in einem oder mehreren separaten Schritten und/oder Phasen ausgeführt werden.
• Ferner sollen, soweit sich die Begriffe „beinhalten“, „beinhaltet“, „haben“, „hat“, „mit“ oder Varianten hiervon entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, als einschließend auf eine Art und Weise verstanden werden, die ähnlich ist zu dem Begriff „aufweisend“. Der Begriff „wenigstens ein“ soll bedeuten, dass einer oder mehrerer der gelisteten Gegenstände ausgewählt werden können. Ferner bedeutet in der Diskussion und in den vorliegenden Ansprüchen der Begriff „an“, sofern ein Bezug auf zwei Materialien verwendet wird, sowie ein „auf“ dem anderen, wenigstens einen gewissen Kontakt zwischen den Materialien, wohingegen der Begriff „über“ bedeutet, dass sich die Materialien nahe zueinander befinden, jedoch möglicherweise mit einem oder mehreren zusätzlichen dazwischenliegenden Materialien, so dass ein Kontakt möglich ist, jedoch nicht erforderlich ist. Weder der Begriff „an“ noch der Begriff „über“ implementiert vorliegend irgendeine Richtungsvorgabe.
• Der Begriff „etwa“ zeigt an, dass der angegebene Wert in gewissem Umfang geändert werden kann, solange die Änderung nicht dazu führt, dass der Prozess oder die Struktur nicht mehr konform ist mit der dargestellten Beschreibung. Schließlich deutet der Begriff „beispielhaft“ an, dass die Beschreibung als ein Beispiel verwendet wird, und nicht implizieren soll, dass es sich um ein Ideal handelt.
• Weitere Implementierungen ergeben sich für Fachleute aus der Berücksichtigung der Spezifikation und der Umsetzung dessen, was hier beschrieben ist. Die Spezifikation und die Beispiele sollen lediglich beispielhaft angesehen werden, wobei sich der wahre Schutzbereich der Implementierungen durch die nachfolgenden Ansprüche ergibt.

Claims (18)

1. Frequenzselektive elektromagnetische Vorrichtung, mit: wenigstens einem Nanodraht (120), der ein erstes Ende (122) und ein zweites Ende (124) aufweist, wobei das zweite Ende dem ersten Ende gegenüberliegt; einem ersten 2-dimensionalen Kontakt (150`), der an dem ersten Ende des wenigstens einen Nanodrahtes (120) angeordnet ist, und einem zweiten 2-dimensionalen Kontakt (150"), der an dem zweiten Ende des wenigstens einen Nanodrahtes (120) angeordnet ist, wobei der erste und/oder der zweite 2-dimensionale Kontakt (150', 150") sich mit dem wenigstens einen Nanodraht (120) in thermischer Kommunikation, in elektrischer Kommunikation oder sowohl in thermischer als auch in elektrischer Kommunikation befindet; und wenigstens einem thermoelektrischen Übergang (130) mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich, wobei der wenigstens eine thermoelektrische Übergang (130) zwischen dem ersten und/oder dem zweiten 2-dimensionalen Kontakt (150`, 150") und dem wenigstens einen Nanodraht (120) angeordnet ist, wobei der erste 2-dimensionale Kontakt (150`) und der zweite 2-dimensionale Kontakt (150’’) jeweils ein Material aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Monoschicht-Graphen, Bi-Schicht-Graphen, Graphen mit wenigen Schichten, Graphen mit eingelagertem Brom und Mischungen hiervon besteht, und wobei das Material des ersten 2-dimensionalen Kontaktes (150`) unterschiedlich gegenüber dem Material des zweiten 2-dimensionalen Kontaktes (150") ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste und/oder der zweite 2-dimensionale Kontakt (150', 150") WS₂, MoS₂, h-BN oder Mischungen hiervon aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der wenigstens eine Nanodraht (120) einen Verbund-Nanodraht aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der wenigstens eine Nanodraht (120) einen 2-dimensionalen Array von Nanodrähten aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der wenigstens eine Nanodraht (120) dazu eingerichtet ist, in Antwort auf den Empfang eines Photons ein Signal zu erzeugen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Vorrichtung ferner einen Verstärker (501) aufweist, der dazu eingerichtet ist, ein von dem wenigstens einen Nanodraht (120) erzeugtes Signal zu empfangen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der wenigstens eine Nanodraht (120) einen thermoelektrischen Nanodraht aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der wenigstens eine Nanodraht (120) ein Material aufweist, das ein thermoelektrisches Ansprechverhalten aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der wenigstens eine Nanodraht (120) Beryllium (Be), Bismut (Bi), Tellur (Te), Antimon (Sb), Zinn (Sn), Blei (Pb), Selen (Se), Nickel (Ni), Cobalt (Co) oder Kombinationen hiervon aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der wenigstens eine thermoelektrische Übergang (130) mit einem Durchmesser einer Größe im Nanobereich eine Schnittstelle zwischen dem ersten und/oder dem zweiten 2-dimensionalen Kontakt (150`, 150") und dem wenigstens einen Nanodraht (120) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der wenigstens eine Nanodraht (120) einen ersten Nanodraht (120-1) und einen zweiten Nanodraht (120-2) aufweist, wobei der zweite Nanodraht (120-2) benachbart zu dem ersten Nanodraht (120-1) ist, diesen jedoch nicht physikalisch kontaktiert, und wobei der erste und/oder der zweite 2-dimensionale Kontakt (150`, 150") zwischen dem ersten und dem zweiten Nanodraht (120-1, 120-2) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner mit einem Substrat (503) zum Aufnehmen von Wärme, die an dem wenigstens einen Nanodraht (120) erzeugt wird, und zwar bei dem Entgegennehmen eines Photons durch den wenigstens einen Nanodraht (120), wobei das Photon einen Ladungsträger erzeugt, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, den Ladungsträger von dem wenigstens einen Nanodraht (120) weg zu kommunizieren.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der wenigstens eine Nanodraht (120) einen Array aus Nanodrähten aufweist, und wobei Nanodrähte des Arrays aus Nanodrähten lithografisch, epitaktisch, durch eine geführte Selbstmontage, durch Extrusion oder durch Kombinationen hiervon gebildet sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner mit wenigstens einem optischen Element (165), das dazu konfiguriert ist, elektromagnetische Energie zu manipulieren, die an dem wenigstens einen Nanodraht (120) ankommt, wobei das Manipulieren eine oder mehrere der Manipulationsarten Filtern, Fokussieren, Sammeln und Kollimieren der elektromagnetischen Energie beinhaltet.
15. Bildgebendes System mit - wenigstens einer Intensitätssteuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Bereich einer Ankunftsrate von Photonen auszuwählen, - wenigstens einem fokussierenden Element zum Fokussieren der Photonen; - wenigstens einer frequenzselektiven bildgebenden Einrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Photonen zu detektieren, die von dem wenigstens einen fokussierenden Element fokussiert sind, wobei die frequenzselektive bildgebende Einrichtung eine frequenzselektive elektromagnetische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ist, die einen Array von Nanodrähten aufweist, - wobei die frequenzselektive bildgebende Einrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens ein Photon zu erfassen und wenigstens einen elektrischen Impuls zu emittieren, der eine Spannung hat, die proportional ist zu einem Energieniveau des wenigstens einen Photons, - wenigstens einem Prozessor, der eingerichtet ist zum Verarbeiten des wenigstens einen elektrischen Impulses und zum Erzeugen eines multispektralen Bildes aus Information von dem wenigstens einen elektrischen Impuls; und - einer Anzeige, die eingerichtet ist zum Anzeigen des multispektralen Bildes.
16. System nach Anspruch 15, ferner mit wenigstens einer Polarisationssteuereinrichtung zum Auswählen einer Polarisation der Photonen.
17. Kommunikationssystem mit: - wenigstens einer Intensitätssteuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Bereich einer Ankunftsrate von Photonen auszuwählen, - wenigstens einem fokussierenden Element zum Fokussieren der Photonen; wenigstens einem frequenzselektiven elektromagnetischen Detektor, der dazu eingerichtet ist, die Photonen zu detektieren, die von dem wenigstens einen fokussierenden Element fokussiert sind, wobei der wenigstens eine frequenzselektive elektromagnetische Detektor eine frequenzselektive elektromagnetische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ist, die einen Array von Nanodrähten aufweist, - wobei der wenigstens eine frequenzselektive elektromagnetische Detektor dazu ausgebildet ist, wenigstens ein Photon zu detektieren, wobei der wenigstens eine frequenzselektive elektromagnetische Detektor dazu ausgebildet ist, wenigstens einen elektrischen Impuls zu emittieren, der eine Spannung hat, die proportional ist zu einem Energieniveau ven des wenigstens einen Photons, und - wenigstens einem Prozessor, der eingerichtet ist zum Verarbeiten des wenigstens einen elektrischen Impulses und zum Erzeugen eines multispektralen Bildes aus Information von dem wenigstens einen elektrischen Impuls.
18. System nach Anspruch 17, ferner mit wenigstens einer Polarisationssteuereinrichtung zum Auswählen einer Polarisation der Photonen.

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