Una nueva “piel” electrónica es la base para gafas de visión nocturna

Las gafas y visores de visión nocturna actuales son pesados ​​y voluminosos y tienen limitaciones, como la necesidad de contar con un sistema de refrigeración para evitar interferencias. Ahora, un equipo de ingenieros del MIT, junto a expertos de las Fuerzas Aéreas de Estados Unidos, han creado una técnica para desarrollar capas ultrafinas de material electrónico. Este método podría allanar el camino para nuevos tipos de dispositivos electrónicos, como sensores portátiles ultrafinos, transistores y componentes informáticos flexibles, y dispositivos de imagen compactos y de alta sensibilidad.

A modo de demostración, el equipo fabricó una fina membrana de material piroeléctrico, un tipo de material termosensible que produce una corriente eléctrica en respuesta a los cambios de temperatura. Cuanto más fino sea el material piroeléctrico, mejor detectará las sutiles variaciones térmicas.

Con este nuevo método, el equipo fabricó la membrana piroeléctrica más fina hasta la fecha, de 10 nanómetros de espesor, y demostró su alta sensibilidad al calor y a la radiación en el espectro infrarrojo lejano.

Esta nueva película podría permitir dispositivos de detección de infrarrojo lejano (IR) más ligeros, portátiles y de alta precisión, con posibles aplicaciones en gafas de visión nocturna y conducción autónoma en condiciones de niebla. Los sensores de infrarrojo lejano de última generación actuales requieren elementos de refrigeración voluminosos. En cambio, la nueva película delgada piroeléctrica no requiere refrigeración y es sensible a cambios de temperatura mucho menores. Los investigadores están explorando maneras de incorporar la película en gafas de visión nocturna más ligeras y de mayor precisión.

“Esta película reduce considerablemente el peso y el coste, haciéndola ligera, portátil y más fácil de integrar – explica Xinyuan Zhang, líder del estudio, publicado en Nature -. Por ejemplo, podría llevarse directamente sobre las gafas”.

La película termosensible también podría tener aplicaciones en la detección ambiental y biológica, así como en la obtención de imágenes de fenómenos astrofísicos que emiten radiación infrarroja lejana. Además, la nueva técnica de despegue se puede generalizar más allá de los materiales piroeléctricos. Los investigadores planean aplicar el método para fabricar otras películas semiconductoras ultrafinas de alto rendimiento.

Para crear estos dispositivos, el equipo de Kim ha experimentado con métodos para cultivar y apilar elementos semiconductores y fabricar membranas electrónicas ultradelgadas y multifuncionales de película fina. Un método pionero de Kim es la "epitaxia remota", una técnica en la que se cultivan materiales semiconductores sobre un sustrato monocristalino, con una capa ultrafina de grafeno entre ellos.

La estructura cristalina del sustrato sirve como andamio sobre el que puede crecer el nuevo material. El grafeno actúa como una capa antiadherente, similar al teflón, lo que facilita a los investigadores despegar la nueva película y transferirla a dispositivos electrónicos flexibles y apilados. Tras despegar la nueva película, el sustrato subyacente puede reutilizarse para crear películas delgadas adicionales.

El equipo partió de esta premisa y fabricó múltiples películas ultrafinas, cada una de unos 10 nanómetros de espesor. Despegaron las películas piroeléctricas y las transfirieron a un pequeño chip para formar una matriz. Expusieron las películas a cambios de temperatura cada vez más sutiles y descubrieron que los píxeles eran altamente sensibles a pequeños cambios en el espectro infrarrojo lejano.