Los lentes de visión nocturna militar usan detectores hechos de telurio de cadmio y mercurio, un material que capta muy bien la radiación infrarroja.
Pero hay un problema: este material necesita estar súper frío, a temperaturas similares al nitrógeno líquido, para funcionar bien.
Ese sistema de enfriamiento es enorme y pesado. Según la investigadora del MIT, Xinyuan Zhang, ese peso extra era aceptable porque no había buenas alternativas sin enfriamiento.
Nuevo material
Ahora, Zhang y su equipo desarrollaron un nuevo material ultradelgado que detecta radiación infrarroja sin necesidad de enfriamiento. Y además, funciona mejor que los detectores tradicionales.
Su objetivo es convertir los enormes lentes térmicos actuales en algo tan ligero como unas gafas normales.
Detectores sin enfriamiento ya existían desde antes de la Segunda Guerra Mundial, usando materiales piroeléctricos como la turmalina.
Estos materiales cambian de temperatura cuando absorben radiación infrarroja y eso genera una pequeña corriente eléctrica que se puede medir.
El problema es que, a temperatura ambiente, los átomos del material se mueven mucho y eso genera “ruido eléctrico”, dificultando la detección precisa.
Los detectores con enfriamiento bajan ese ruido al mínimo, gracias a las temperaturas bajas. Zhang se preguntó si se podía lograr lo mismo sin enfriar.
La clave estaba en hacer el material piroeléctrico ridículamente delgado. Pero fabricar algo tan fino no es nada fácil.
Epitaxia
La técnica que usaron se llama epitaxia, y sirve para hacer películas cristalinas de pocos nanómetros, como las que se usan en chips.
El reto es despegar esas películas sin romperlas, ya que se pegan al sustrato como huevo a sartén vieja.
Una solución es usar una capa intermedia de grafeno, que luego se disuelve, dejando libre la película. Pero eso es lento y caro.
El equipo del MIT se propuso hacerlo sin esa capa intermedia, como si fuera una sartén antiadherente a escala atómica.
La clave no fue el Teflón, sino el plomo. Usaron un material llamado PMN-PT, que tiene átomos de plomo que debilitan la unión entre la película y el sustrato.
Solo aplicando un poco de presión, podían despegar las películas en segundos, sin dañarlas.
Además, el PMN-PT tenía excelentes propiedades piroeléctricas, así que decidieron usarlo para construir un detector infrarrojo completo.
Armaron un sensor de 100 píxeles, con películas de 10 nanómetros sobre un chip de silicio. Y superó a los detectores actuales.
Eso sí, antes de ver lentes térmicos estilo “Depredador”, aún falta integrar ópticas, energía y circuitos en un formato pequeño.
Zhang cree que esta técnica podría usarse en sensores para autos autónomos, wearables, e incluso minicomputadoras.