Графеновые контактные линзы дадут человеку тепловое зрение

Исследователи из Мичиганского университета разработали миниатюрный инфракрасный детектор, работающий при комнатной температуре. Их статья о принципах работы устройства опубликована в журнале Nature Nanotechnology 16 марта.

Графен — аллотропная модификация углерода, у которой атомы выстраиваются в двумерную кристаллическую решетку. Слой углерода толщиной всего в один атом обладает множеством неожиданных свойств. Среди прочего, графен может выступать детектором одновременно для всего спектра инфракрасного и видимого излучения, а также ультрафиолета.

До сих пор, однако, графен было бессмысленно использовать в разработке тепловизоров. Его ключевая особенность обуславливала и его основной недостаток: один слой атомов углерода улавливает примерно 2,3% попадающего на него света. Этого не хватает, чтобы генерировать электрический сигнал. Иными словами, графеновая пленка «все видит, но сказать не может»: экспериментальные графеновые детекторы демонстрировали чувствительность на два-три порядка ниже, чем у современных коммерческих приборов.

Четверо исследователей из Мичиганского университета — Чжаохуэй Чжон, Чан-Хуа Лю, Ю-Чиа Чан и Теодор Норрис — придумали, как усилить электрические сигналы, подаваемые слоем графена. Вместо того чтобы непосредственно считать электроны, которые освобождаются при поглощении света углеродом, они догадались измерить влияние возникающих в пленке зарядов на протекающий поблизости ток.

Для этого ученые взяли два слоя графена и разделили их слоем изолирующего материала. Верхний слой, как обычно, выступал в роли детектора, а через нижний был пропущен ток. Благодаря квантовым эффектам освободившиеся электроны проникали в нижнюю графеновую пленку. Участки верхнего слоя, получившие благодаря этому положительный заряд, влияли на движение тока через нижний слой.

Яркость падающего на верхний слой света, таким образом, нашла выражение в изменении силы тока в нижнем слое. Ее измерение позволило обнаруживать источники волн среднего инфракрасного диапазона с точностью, сопоставимой с коммерческими приборами, требующими громоздких систем охлаждения. При этом установка, созданная американскими учеными, работала при комнатной температуре и не превышала размером человеческий ноготь.

Ученые утверждают, что устройство достаточно легко миниатюризировать и дальше. «Мы можем сделать всю конструкцию супертонкой. Ее можно нанести на контактную линзу или встроить в мобильный телефон. Это расширит наше зрение, даст новый способ взаимодействия с окружающим миром», — поясняет Чжаохуэй Чжон в пресс-релизе университета. По словам исследователя, это совершенно новый способ обнаружения света, который можно будет применить и к другим материалам и аппаратным платформам.

Тепловизоры наиболее известны благодаря своему военному применению: установленные на военную технику и даже ручное оружие, они позволяют видеть противника в полной темноте и за некоторыми препятствиями, благодаря чему их иногда называют «приборами ночного видения». Кроме того, термальная оптика помогает пожарным искать очаги возгорания в дыму, а врачам — наблюдать за кровообращением.

Источник: rusplt.ru