Дослідники Массачусетського технологічного інституту (MIT) розробили надтонкий матеріал для інфрачервоного (ІЧ) випромінювання, який працює при кімнатній температурі. Це може відкрити шлях до створення легких окулярів нічного бачення як у фільмі "Хижак", повідомляє ArsTechnica.
Сучасні військові ІЧ‑окуляри зазвичай використовують напівпровідник ртуть‑кадмієвий телурид (MCT), який потребує охолодження майже до рівня температури рідкого азоту (–196 °C) для придушення шуму. Через це системи охолодження виходять надто громіздкими та важкими. Натомість новий пристрій MIT ґрунтується на кристалічних плівках ніобат магнію-свинцю – титанат свинцю (PMN‑PT) товщиною лише 10 нанометрів, що дозволяє фіксувати ІЧ‑випромінювання без охолодження, повідомляють автори дослідження, фінансованого Повітряними силами США.
"Їхні системи охолодження дуже громіздкі й важкі", — пояснює провідна авторка дослідження д-р Сіньюань Чжан. "Нам потрібен був матеріал, здатний працювати з низьким рівнем шуму при кімнатній температурі – і PMN‑PT впорався з цим завданням".
Неохолоджувані ІЧ‑детектори відомі ще з часів Другої світової війни. Вони користуються кристалами з піроелектричних матеріалів (наприклад, турмаліну), які при поглинанні ІЧ‑випромінювання змінюють температуру і генерують електричний струм. Однак при кімнатній температурі теплові коливання викликають шум, що заважає виявленню слабких сигналів.
Команда Чжан вирішила, що зниження теплового шуму до рівня охолоджуваних детекторів можливе шляхом використання надтонких плівок. Проте такі плівки міцно прилипають до підкладки, що ускладнює їх виділення.
Переломним стало відкриття, що PMN‑PT сам по собі надзвичайно слабо прилипає до багатьох підкладок – достатньо невеликого механічного зусилля, щоб швидко "відшарувати" плівку менш ніж за секунду. Цей "атомний зрив" не потребує дорогих проміжних шарів чи складних технологій травлення.
Щоб продемонструвати технологію, дослідники створили 100‑піксельний ІЧ‑сенсор, перенісши сто 10‑нанометрових плівок PMN‑PT (площею близько 60 µм² кожна) на кремнієву плату. У лабораторних випробуваннях цей сенсор показав вищу чутливість у широкому діапазоні довжини хвиль порівняно з кращими охолоджуваними пристроями нічного бачення, які реагують лише на вузький спектр.
"Нам вдалося досягти якості, порівнянної або навіть кращої, ніж у MCT‑детекторів при охолодженні", — стверджує Чжан.
Хоча сенсор надзвичайно тонкий, повноцінна система нічного бачення потребує оптики для фокусування ІЧ‑випромінювання, електроживлення, електроніки обробки сигналу та носія. Нині команда працює над інтеграцією всіх елементів у компактний корпус, придатний для монтажу на голову або у вигляді звичайних окулярів.
"Мабуть, створити лінзи для контактних нічних окулярів складніше, але наша технологія може призвести до появи окулярів із тепловим баченням, які виглядатимуть як звичайні", — прогнозує Чжан.
Крім окулярів нічного бачення, надтонкі ІЧ‑сенсори можуть знайти застосування в автономних автомобілях для навігації в тумані, у носимих пристроях, гнучкій електроніці та навіть в ультрамаленьких комп’ютерах. Команда також досліджує варіант перенесення нового підходу на інші матеріали, змістивши свинець у підкладку замість плівки, що може відкрити ще більше можливостей.
"Якщо нам вдасться загалом поширити цей метод на інші матеріали, ми зможемо застосувати його в багатьох нових пристроях", – підсумовує Чжан.