Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) представили материал, который может изменить подход к созданию тепловизоров. Современные инфракрасные очки используют детекторы на основе теллурида кадмия ртути, требующие охлаждения до температур жидкого азота (–196°C). Такие системы громоздки — их вес достигает нескольких килограммов. Однако новая разработка команды MIT позволяет отказаться от охлаждения, сохранив или даже улучшив качество детекции.

Традиционные неохлаждаемые сенсоры, использующие пироэлектрические материалы (например, турмалин), страдают от тепловых шумов из-за атомных колебаний при комнатной температуре. Это снижает их чувствительность к слабым инфракрасным сигналам. Исследователи под руководством Синьюань Чжан предположили, что ультратонкие плёнки из пироэлектрического материала смогут минимизировать шумы. Для этого требовалось создать структуры толщиной в несколько нанометров и отделить их от подложки без повреждений — задача, которая долго оставалась нерешаемой.

Прорыв произошёл благодаря материалу PMN-PT (ниобат-титанат свинца-магния). В ходе экспериментов учёные обнаружили, что свинец в его составе ослабляет связи между плёнкой и подложкой. Это позволило легко отделять наноплёнки, просто создав микротрещину на границе материалов. «Достаточно небольшого механического напряжения — и плёнка отслаивается за секунду», — пояснила Чжан.

Собрав детектор из 100 слоёв PMN-PT толщиной 10 нм каждый, команда провела тесты. Сенсор размером 60 мкм2 продемонстрировал чувствительность во всём инфракрасном диапазоне, превзойдя охлаждаемые аналоги на основе теллурида кадмия ртути. Кроме того, он реагировал на минимальные изменения температуры, что критично для обнаружения удалённых объектов в сложных условиях.

Несмотря на успех, до коммерциализации технологии предстоит решить несколько задач. «Нужно интегрировать оптику, источники питания и схемы в компактный корпус», — отметила Чжан. По её словам, новая разработка может привести к созданию тепловизоров в форме обычных очков вместо массивных масок. Другое возможное применение — сенсоры для беспилотных автомобилей, улучшающие навигацию в тумане или дожде.

Метод «атомного отслоения», разработанный в MIT, также открывает перспективы для других материалов. Ослабление связей между подложкой и плёнкой с помощью свинца может быть адаптировано для гибкой электроники, носимых устройств или миниатюрных компьютеров. «Если метод удастся масштабировать, то это изменит подход к производству полупроводников», — добавила Чжан. Ожидается, что первые прототипы «очков-тепловизоров» появятся в течение следующих двух лет.