Un nuevo estudio de investigadores del MIT ha encontrado un material ultradelgado capaz de detectar radiación infrarroja sin necesidad de sistemas de refrigeración, lo cual podría revolucionar la tecnología de visión térmica, transformando las pesadas gafas de visión nocturna en unas mucho más ligeras y prácticas.
Los goggles de visión infrarroja de grado militar actualmente utilizan detectores hechos de telururo de mercurio y cadmio, un material semiconductor extremadamente sensible a la radiación infrarroja. Sin embargo, estos detectores requieren ser mantenidos a temperaturas de nitrógeno líquido para que funcionen correctamente, lo que los hace pesados y voluminosos. La mayoría de los fabricantes aceptan este sacrificio de peso debido a que las alternativas sin refrigeración ofrecen un rendimiento mucho más bajo.
Ante este desafío, el equipo de investigación del MIT ha desarrollado un nuevo material que puede detectar la radiación infrarroja a temperatura ambiente, superando el rendimiento de los detectores refrigerados. Este avance podría dar paso a las «gafas térmicas» que se asemejan a las que se ven en películas como Predator.
La importancia de no necesitar refrigeración
Los detectores de infrarrojos sin refrigeración existen desde antes de la Segunda Guerra Mundial. Generalmente, se basan en materiales piroeléctricos, como la turmalina, que cambian su temperatura al absorber radiación infrarroja, generando una corriente eléctrica que se puede medir. Aunque estos materiales son funcionales, presentan problemas, como el ruido eléctrico que dificulta la detección de señales infrarrojas débiles.
Los detectores de telururo de mercurio y cadmio, enfriándolos a temperaturas muy bajas, minimizan este ruido interno. Sin embargo, el equipo del MIT se propuso encontrar una forma de lograr un rendimiento de bajo ruido a temperatura ambiente. La clave era hacer que los materiales piroeléctricos sean increíblemente delgados, lo cual complicaba su fabricación.
Proceso de fabricación innovador
La fabricación de películas ultradelgadas (entre uno y unos pocos docenas de nanómetros) se llama epitaxia, un método común en la fabricación de chips y semiconductores bidimensionales. Un desafío clave en este proceso es retirar las películas cristalinas del sustrato sin dañarlas, ya que tienden a adherirse fuertemente.
El equipo del MIT encontró que utilizando PMN-PT (niobato de magnesio de plomo-titanato de plomo) como material intermedio, podían evitar que las películas se pegaran al sustrato. De este modo, lograron despegar las películas sin dañar su superficie, facilitando la producción de un detector de radiación infrarroja sin necesidad de refrigeración.
Obtención de resultados superiores
El detector construido a partir de 100 piezas de películas delgadas de PMN-PT mostró una sensibilidad superior en comparación con los sistemas de visión nocturna actuales y cubrió un espectro infrarrojo completo, a diferencia de los detectores de telururo de mercurio y cadmio que responden a un rango menor de longitudes de onda.
Sin embargo, a pesar de estos avances impresionantes, aún existe trabajo por hacer. Según Xinyuan Zhang, la autora principal del estudio, aún deben diseñar ópticamente un dispositivo funcional que integre el sensor en unas gafas de visión nocturna, incluyendo potencia y circuitería adecuadas.
Más allá de las gafas de visión nocturna
Zhang sugiere que, aunque será un desafío crear lentes de contacto de visión nocturna, la tecnología desarrollada podría utilizarse para fabricar gafas que se vean normales. Además, elementos infrarrojos basados en este nuevo material podrían mejorar la orientación de vehículos autónomos en condiciones climáticas difíciles, como niebla densa.
Finalmente, el método de despegue atómico que empleó el equipo del MIT podría aplicarse a otros materiales, abriendo posibilidades para sensores portátiles, transistores flexibles e incluso computadoras muy pequeñas. Zhang concluye que si logran generalizar este método a otros materiales, se podrán explorar muchas más aplicaciones innovadoras.
