Il primo rilevatore di luce a temperatura ambiente in grado di rilevare l'intero spettro infrarosso ha il potenziale per inserire la tecnologia di visione del calore in una lente a contatto.

A differenza dei rivelatori comparabili nel medio e lontano infrarosso attualmente sul mercato, il rivelatore sviluppato dai ricercatori di ingegneria dell'Università del Michigan non ha bisogno di ingombranti apparecchiature di raffreddamento per funzionare.

"Possiamo rendere l'intero design super sottile, " disse Zhaohui Zhong, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica. "Può essere impilato su una lente a contatto o integrato con un telefono cellulare".

La luce infrarossa inizia a lunghezze d'onda appena più lunghe di quelle della luce rossa visibile e si estende a lunghezze d'onda fino a un millimetro. La visione a infrarossi può essere meglio conosciuta per individuare persone e animali al buio e perdite di calore nelle case, ma può anche aiutare i medici a monitorare il flusso sanguigno, identificare le sostanze chimiche nell'ambiente e consentire agli storici dell'arte di vedere gli schizzi di Paul Gauguin sotto strati di pittura.

A differenza dello spettro visibile, che le fotocamere convenzionali catturano con un singolo chip, l'imaging a infrarossi richiede una combinazione di tecnologie per vedere da vicino, radiazione nel medio e lontano infrarosso contemporaneamente. Ancora più impegnativo, i sensori del medio infrarosso e del lontano infrarosso in genere devono essere a temperature molto basse.

Grafene, un singolo strato di atomi di carbonio, poteva percepire l'intero spettro infrarosso, oltre alla luce visibile e ultravioletta. Ma fino ad ora, non è stato praticabile per il rilevamento a infrarossi perché non può catturare abbastanza luce per generare un segnale elettrico rilevabile. Con uno spessore di un atomo, assorbe solo circa il 2,3% della luce che lo colpisce. Se la luce non può produrre un segnale elettrico, il grafene non può essere usato come sensore.

"La sfida per l'attuale generazione di rivelatori a base di grafene è che la loro sensibilità è in genere molto scarsa, " Ha detto Zhong. "È da cento a mille volte inferiore a quello che richiederebbe un dispositivo commerciale".

Per superare quell'ostacolo, Zhong e Ted Norris, il professore Gerard A. Mourou di ingegneria elettrica e informatica, ha lavorato con studenti laureati per progettare un nuovo modo di generare il segnale elettrico. Piuttosto che cercare di misurare direttamente gli elettroni che vengono liberati quando la luce colpisce il grafene, hanno amplificato il segnale osservando invece come le cariche elettriche indotte dalla luce nel grafene influenzano una corrente vicina.

"Il nostro lavoro ha aperto la strada a un nuovo modo di rilevare la luce, " Zhong ha detto. "Prevediamo che le persone saranno in grado di adottare questo stesso meccanismo in altre piattaforme di materiali e dispositivi".

Per rendere il dispositivo, mettono uno strato barriera isolante tra due fogli di grafene. Lo strato inferiore era attraversato da una corrente. Quando la luce colpisce lo strato superiore, ha liberato elettroni, creando buchi carichi positivamente. Quindi, gli elettroni hanno usato un trucco della meccanica quantistica per scivolare attraverso la barriera e nello strato inferiore di grafene.

I fori caricati positivamente, lasciato indietro nello strato superiore, ha prodotto un campo elettrico che ha influenzato il flusso di elettricità attraverso lo strato inferiore. Misurando la variazione di corrente, il team ha potuto dedurre la luminosità della luce che colpisce il grafene. Il nuovo approccio ha permesso alla sensibilità di un dispositivo al grafene a temperatura ambiente di competere per la prima volta con quella dei rilevatori del medio infrarosso raffreddati.

Il dispositivo è già più piccolo di un'unghia mignolo ed è facilmente ridimensionabile. Zhong ne suggerisce una serie come telecamere a infrarossi.

"Se lo integriamo con una lente a contatto o altri dispositivi elettronici indossabili, amplia la tua visione, " Zhong ha detto. "Ti fornisce un altro modo di interagire con il tuo ambiente."

Mentre è probabile che il rilevamento a infrarossi a spettro completo trovi applicazione nelle tecnologie militari e scientifiche, la domanda per il mercato tecnologico generale potrebbe presto essere, "Vogliamo vedere a infrarossi?"

Il dispositivo è descritto in un documento intitolato "Fotorivelatori al grafene con banda ultra larga e alta reattività a temperatura ambiente, " che appare online in Nanotecnologia della natura .