Le premier détecteur de lumière à température ambiante capable de détecter tout le spectre infrarouge a le potentiel d'intégrer la technologie de vision thermique dans une lentille de contact.

Contrairement aux détecteurs infrarouge moyen et lointain comparables actuellement sur le marché, le détecteur développé par des chercheurs en ingénierie de l'Université du Michigan n'a pas besoin d'équipement de refroidissement encombrant pour fonctionner.

"Nous pouvons rendre l'ensemble du design ultra-mince, " a déclaré Zhaohui Zhong, professeur adjoint de génie électrique et d'informatique. "Il peut être empilé sur une lentille de contact ou intégré à un téléphone portable."

La lumière infrarouge commence à des longueurs d'onde juste plus longues que celles de la lumière rouge visible et s'étend jusqu'à des longueurs d'onde allant jusqu'à un millimètre de long. La vision infrarouge peut être mieux connue pour repérer les personnes et les animaux dans l'obscurité et les fuites de chaleur dans les maisons, mais cela peut aussi aider les médecins à surveiller le flux sanguin, identifier les produits chimiques dans l'environnement et permettre aux historiens de l'art de voir les croquis de Paul Gauguin sous des couches de peinture.

Contrairement au spectre visible, que les caméras conventionnelles capturent avec une seule puce, l'imagerie infrarouge nécessite une combinaison de technologies pour voir de près, rayonnement infrarouge moyen et lointain à la fois. Encore plus difficile, les capteurs dans l'infrarouge moyen et l'infrarouge lointain doivent généralement être à des températures très froides.

Graphène, une seule couche d'atomes de carbone, pouvait détecter tout le spectre infrarouge, ainsi que la lumière visible et ultraviolette. Mais jusqu'à maintenant, il n'a pas été viable pour la détection infrarouge car il ne peut pas capturer suffisamment de lumière pour générer un signal électrique détectable. Avec une épaisseur d'un atome, il n'absorbe qu'environ 2,3% de la lumière qui le frappe. Si la lumière ne peut pas produire de signal électrique, le graphène ne peut pas être utilisé comme capteur.

"Le défi pour la génération actuelle de détecteurs à base de graphène est que leur sensibilité est généralement très faible, " a déclaré Zhong. "C'est cent à mille fois inférieur à ce qu'exigerait un appareil commercial."

Pour surmonter cet obstacle, Zhong et Ted Norris, le Professeur Gérard A. Mourou de Génie Electrique et Informatique, travaillé avec des étudiants diplômés pour concevoir une nouvelle façon de générer le signal électrique. Plutôt que d'essayer de mesurer directement les électrons qui sont libérés lorsque la lumière frappe le graphène, ils ont amplifié le signal en examinant plutôt comment les charges électriques induites par la lumière dans le graphène affectent un courant à proximité.

"Notre travail a ouvert la voie à une nouvelle façon de détecter la lumière, " a déclaré Zhong. "Nous prévoyons que les gens seront en mesure d'adopter ce même mécanisme dans d'autres plates-formes matérielles et d'appareils."

Pour fabriquer l'appareil, ils mettent une couche barrière isolante entre deux feuilles de graphène. La couche inférieure était parcourue par un courant. Lorsque la lumière frappe la couche supérieure, il a libéré des électrons, créant des trous chargés positivement. Puis, les électrons ont utilisé une astuce de mécanique quantique pour se glisser à travers la barrière et dans la couche inférieure de graphène.

Les trous chargés positivement, laissé dans la couche supérieure, produit un champ électrique qui affecte le flux d'électricité à travers la couche inférieure. En mesurant la variation du courant, l'équipe a pu en déduire la luminosité de la lumière frappant le graphène. La nouvelle approche a permis pour la première fois à la sensibilité d'un dispositif au graphène à température ambiante de rivaliser avec celle de détecteurs infrarouges moyens refroidis.

L'appareil est déjà plus petit qu'un petit ongle et se réduit facilement. Zhong suggère des matrices d'entre eux comme caméras infrarouges.

« Si nous l'intégrons à une lentille de contact ou à d'autres appareils électroniques portables, il élargit votre vision, " a déclaré Zhong. "Cela vous offre une autre façon d'interagir avec votre environnement."

Alors que la détection infrarouge à spectre complet est susceptible de trouver une application dans les technologies militaires et scientifiques, la question pour le marché de la technologie générale pourrait bientôt être, « Voulons-nous voir en infrarouge ? »

L'appareil est décrit dans un article intitulé « Photodétecteurs de graphène à ultra-large bande et à haute réactivité à température ambiante, " qui apparaît en ligne dans Nature Nanotechnologie .