De eerste lichtdetector op kamertemperatuur die het volledige infraroodspectrum kan detecteren, heeft het potentieel om warmtezichttechnologie in een contactlens te plaatsen.

In tegenstelling tot vergelijkbare midden- en ver-infrarooddetectoren die momenteel op de markt zijn, de detector ontwikkeld door ingenieursonderzoekers van de Universiteit van Michigan heeft geen omvangrijke koelapparatuur nodig om te werken.

"We kunnen het hele ontwerp superdun maken, " zei Zhaohui Zhong, universitair docent elektrotechniek en informatica. "Het kan op een contactlens worden gestapeld of worden geïntegreerd met een mobiele telefoon."

Infrarood licht begint bij golflengten die net langer zijn dan die van zichtbaar rood licht en strekt zich uit tot golflengten tot een millimeter lang. Infraroodzicht is misschien het best bekend voor het spotten van mensen en dieren in het donker en warmtelekken in huizen, maar het kan artsen ook helpen de bloedstroom te controleren, identificeer chemicaliën in het milieu en laat kunsthistorici de schetsen van Paul Gauguin onder verflagen zien.

In tegenstelling tot het zichtbare spectrum, die conventionele camera's vastleggen met een enkele chip, infraroodbeeldvorming vereist een combinatie van technologieën om dichtbij-, midden- en ver-infraroodstraling tegelijk. Nog uitdagender, de midden-infrarood- en ver-infraroodsensoren moeten doorgaans bij zeer lage temperaturen zijn.

grafeen, een enkele laag koolstofatomen, kon het hele infraroodspectrum waarnemen, plus zichtbaar en ultraviolet licht. Maar tot nu toe, het is niet levensvatbaar geweest voor infrarooddetectie omdat het niet genoeg licht kan opvangen om een ​​detecteerbaar elektrisch signaal te genereren. Met een atoomdikte, het absorbeert slechts ongeveer 2,3 procent van het licht dat erop valt. Als het licht geen elektrisch signaal kan produceren, grafeen kan niet als sensor worden gebruikt.

"De uitdaging voor de huidige generatie op grafeen gebaseerde detectoren is dat hun gevoeligheid doorgaans erg slecht is, "Zei Zhong. "Het is honderd tot duizend keer lager dan wat een commercieel apparaat zou vereisen."

Om die hindernis te overwinnen, Zhong en Ted Norris, de Gerard A. Mourou hoogleraar Elektrotechniek en Informatica, werkte met afgestudeerde studenten aan het ontwerpen van een nieuwe manier om het elektrische signaal te genereren. In plaats van te proberen direct de elektronen te meten die vrijkomen wanneer licht het grafeen raakt, ze versterkten het signaal door in plaats daarvan te kijken naar hoe de door licht geïnduceerde elektrische ladingen in het grafeen een nabijgelegen stroom beïnvloeden.

"Ons werk was een pionier op het gebied van een nieuwe manier om licht te detecteren, "Zei Zhong. "We stellen ons voor dat mensen hetzelfde mechanisme kunnen toepassen op andere materiaal- en apparaatplatforms."

Om het apparaat te maken, ze plaatsen een isolerende barrièrelaag tussen twee grafeenplaten. Door de onderste laag liep een stroom. Als het licht de bovenste laag raakt, het bevrijdde elektronen, het creëren van positief geladen gaten. Vervolgens, de elektronen gebruikten een kwantummechanische truc om door de barrière en in de onderste laag grafeen te glippen.

De positief geladen gaten, achtergelaten in de bovenste laag, produceerde een elektrisch veld dat de stroom van elektriciteit door de onderste laag beïnvloedde. Door de verandering in stroom te meten, het team kon de helderheid afleiden van het licht dat op het grafeen viel. Dankzij de nieuwe aanpak kon de gevoeligheid van een grafeenapparaat op kamertemperatuur voor het eerst concurreren met die van gekoelde midden-infrarooddetectoren.

Het apparaat is al kleiner dan een pinknagel en kan eenvoudig worden verkleind. Zhong suggereert reeksen van hen als infraroodcamera's.

"Als we het integreren met een contactlens of andere draagbare elektronica, het verruimt je blikveld, "Zei Zhong. "Het biedt je een andere manier van interactie met je omgeving."

Hoewel infrarooddetectie met volledig spectrum waarschijnlijk toepassing zal vinden in militaire en wetenschappelijke technologieën, de vraag voor de algemene technologiemarkt kan binnenkort zijn:"Willen we in infrarood zien?"

Het apparaat wordt beschreven in een artikel met de titel "Grafeenfotodetectoren met ultrabreedband en hoge responsiviteit bij kamertemperatuur, " die online verschijnt in Natuur Nanotechnologie .