Но инфракрасные камеры намного дороже, чем камеры видимого света; энергия инфракрасного света меньше, чем видимого света, что затрудняет захват. Однако новый прорыв ученых из Чикагского университета может однажды привести к созданию гораздо более экономичных инфракрасных камер, которые, в свою очередь, могут позволить использовать инфракрасные камеры для обычной бытовой электроники, такой как телефоны, а также датчики, которые помогут автономным автомобилям видеть их окружение более точно.
«Традиционные методы изготовления инфракрасных камер очень дороги как с точки зрения материалов, так и времени, но этот метод намного быстрее и предлагает отличные характеристики», – сказал постдокторский исследователь Синь Тан, первый автор исследования, опубликованного в феврале. 25 в Nature Photonics.
«Вот почему мы так взволнованы потенциальным коммерческим воздействием», – сказал соавтор Филипп Гайо-Сионнест, профессор физики и химии.
Современные инфракрасные камеры изготавливаются путем последовательной укладки нескольких слоев полупроводников – сложный и подверженный ошибкам процесс, который делает их слишком дорогими для использования в большинстве бытовой электроники.
Вместо этого лаборатория Гайо-Сионнеста обратилась к квантовым точкам – крошечным наночастицам размером всего несколько нанометров. (Один нанометр – это то, насколько ваши ногти растут в секунду.) В этом масштабе у них есть странные свойства, которые меняются в зависимости от их размера, которые ученые могут контролировать, настраивая частицу до нужного размера. В этом случае квантовые точки можно настроить на улавливание длин волн инфракрасного света.
Эта возможность настройки важна для камер, поскольку они должны улавливать разные части инфракрасного спектра. «Сбор нескольких длин волн в инфракрасном диапазоне дает вам больше спектральной информации – это похоже на добавление цвета к черно-белому телевизору», – объяснил Тан. "Короткие волны дают информацию о текстуре и химическом составе; средние волны дают информацию о температуре."
Они настроили квантовые точки, чтобы у них была формула для обнаружения коротковолнового инфракрасного излучения и одна для средневолнового инфракрасного излучения.
Затем они положили оба вместе на кремниевую пластину.
В результате камера работает очень хорошо, и ее намного проще производить. "Это очень простой процесс", – сказал Тан. "Вы берете стакан, вводите раствор, вводите второй раствор, ждете от пяти до 10 минут, и у вас есть новый раствор, который можно легко превратить в функциональное устройство."
По словам ученых, у недорогих инфракрасных камер есть много потенциальных применений, в том числе автономные транспортные средства, которые используют датчики для сканирования дороги и окрестностей. Инфракрасное излучение может обнаруживать тепловые сигнатуры от живых существ и видеть сквозь туман или дымку, поэтому автомобильные инженеры хотели бы включить их, но цена непомерно высока.
Они пригодятся и ученым. «Если бы я хотел купить инфракрасный детектор для своей лаборатории сегодня, это стоило бы мне 25 000 долларов или больше», – сказал Гайо-Сионнест. "Но они были бы очень полезны во многих дисциплинах. Например, белки излучают сигналы в инфракрасном диапазоне, которые биолог хотел бы легко отслеживать."
Другими авторами статьи были аспиранты Мэтью Акерман и Менглу Чен. Мэтью Акерман разработал устройство с Тангом и разработал стратегию легирования для изготовления диодов.
Ученые использовали Нанофабрикацию Притцкера в Институте молекулярной инженерии.