Er is een hele wereld die onze ogen missen, verborgen in het bereik van lichtgolflengten die menselijke ogen niet kunnen zien. Maar infraroodcamera's kunnen het geheime licht oppikken dat wordt uitgezonden als planten fotosynthetiseren, als koele sterren branden en batterijen heet worden. Ze kunnen door rook en mist en plastic heen kijken.

Maar infraroodcamera's zijn veel duurder dan die met zichtbaar licht; de energie van infrarood licht is kleiner dan zichtbaar licht, waardoor het moeilijker wordt om vast te leggen. Een nieuwe doorbraak door wetenschappers van de University of Chicago, echter, kan op een dag leiden tot veel kosteneffectievere infraroodcamera's - die op hun beurt infraroodcamera's voor gewone consumentenelektronica zoals telefoons, evenals sensoren om autonome auto's te helpen hun omgeving nauwkeuriger te zien.

"Traditionele methoden om infraroodcamera's te maken zijn erg duur, zowel in materiaal als in tijd, maar deze methode is veel sneller en biedt uitstekende prestaties, " zei postdoctoraal onderzoeker Xin Tang, de eerste auteur van een studie die op 25 februari verscheen Natuurfotonica .

"Daarom zijn we zo enthousiast over de potentiële commerciële impact, " zei co-auteur Philippe Guyot-Sionnest, hoogleraar natuurkunde en scheikunde.

De huidige infraroodcamera's worden gemaakt door achtereenvolgens meerdere lagen halfgeleiders neer te leggen - een lastig en foutgevoelig proces waardoor ze te duur zijn om in de meeste consumentenelektronica te gaan.

Het laboratorium van Guyot-Sionnest wendde zich in plaats daarvan tot kwantumstippen - kleine nanodeeltjes van slechts enkele nanometers groot. (Een nanometer is hoeveel je vingernagels per seconde groeien.) Op die schaal hebben ze vreemde eigenschappen die veranderen afhankelijk van hun grootte, die wetenschappers kunnen controleren door het deeltje op de juiste grootte af te stemmen. In dit geval, kwantumstippen kunnen worden afgestemd om golflengten van infrarood licht op te pikken.

Deze 'afstembaarheid' is belangrijk voor camera's, omdat ze verschillende delen van het infraroodspectrum moeten opvangen. "Het verzamelen van meerdere golflengten binnen het infrarood geeft je meer spectrale informatie - het is alsof je kleur toevoegt aan zwart-wit-tv, Tang legde uit. "Korte golf geeft je informatie over textuur en chemische samenstelling; middengolf geeft je temperatuur."

Ze hebben de kwantumstippen aangepast zodat ze een formule hadden om kortegolf-infrarood te detecteren en één voor middengolf-infrarood. Daarna legden ze beide samen op een siliciumwafel.

De resulterende camera presteert buitengewoon goed en is veel gemakkelijker te produceren. "Het is een heel eenvoudig proces, ' zei Tang. 'Je neemt een beker, een oplossing injecteren, een tweede oplossing injecteren, wacht vijf tot tien minuten, en je hebt een nieuwe oplossing die gemakkelijk kan worden gefabriceerd tot een functioneel apparaat."

Er zijn veel mogelijke toepassingen voor goedkope infraroodcamera's, zeiden de wetenschappers, inclusief autonome voertuigen, die afhankelijk zijn van sensoren om de weg en de omgeving te scannen. Infrarood kan warmtekenmerken van levende wezens detecteren en door mist of waas heen kijken, dus auto-ingenieurs zouden ze graag opnemen, maar de kosten zijn onbetaalbaar.

Ze zouden van pas komen voor wetenschappers, te. "Als ik vandaag een infrarooddetector voor mijn laboratorium wilde kopen, het zou me $25 kosten, 000 of meer, "Zei Guyot-Sionnest. "Maar ze zouden in veel disciplines zeer nuttig zijn. Bijvoorbeeld, eiwitten geven signalen af ​​in infrarood, die een bioloog graag gemakkelijk zou kunnen volgen."