Des lentilles de contact à vision thermique grâce à un capteur en graphène

Un capteur infrarouge vient d'être mis au point par des ingénieurs de l'Université du Michigan. Contrairement au détecteurs actuellement disponibles sur le marché, seulement capables de capter une partie du spectre infrarouge, celui qu'ils viennent de développer ne nécessite pas de système de refroidissement, ce qui lui permet d'être extrêmement fin et léger. A tel point qu'il pourrait être intégré à des lentilles de contact, ou au sein d'un smartphone ou de tout autre appareil électronique mobile.

L'amplitude de longueur d'onde de la lumière infrarouge commence au-delà de la lumière rouge visible à l'œil nu et s'étend jusqu'aux ondes d'un millimètre de long. Ce type de vision est principalement connu dans la culture populaire pour sa capacité à capter la chaleur des animaux à sang chaud (notamment l'être humain), mais il est également utilisé en médecine pour visualiser la circulation sanguine ou pour détecter la présence de produits chimiques dans l'environnement, ainsi que bien d'autres usages industriels.

LE GRAPHÈNE À LA RESCOUSSE

Pour créer ce capteur, l'équipe de chercheurs menée par Zhaohui Zhong et Ted Norris a utilisé du graphène, un matériau qui n'est épais que d'une seule couche d'atomes et qui est connu pour ses propriétés hors du commun. Le graphène est capable de capter l'intégralité du spectre lumineux, que ce soit la lumière infrarouge, visible à l'œil nu ou ultraviolette. Mais jusqu'à maintenant il n'était pas approprié pour la détection de lumière infrarouge car il ne pouvait pas capter suffisamment de lumière pour générer un signal électrique détectable. N'ayant qu'une épaisseur d'un seul atome, il ne peut en effet absorber que 2,3 % de la lumière qui l'atteint. Une sensibilité de très loin inférieure aux prérequis d'un capteur commercial.

Les chercheurs ont contré ce problème en développant une nouvelle méthode de génération du signal électrique. Au lieu d'essayer de mesurer directement les électrons relâchés lorsque la lumière touche le graphène, ils ont amplifié le signal en mesurant à la place la manière dont la charge électrique produite dans le graphène par le contact avec la lumière interfère avec un courant électrique proche. Pour ce faire, ils ont inséré une couche de matériau isolant entre deux couches de graphène, l'une d'entre elles étant parcourue d'un courant électrique. Les électrons frappent la couche supérieure, puis la passent sur la couche inférieure au travers du matériau isolant en utilisant certaines propriétés quantiques, influant sur le courant électrique.

Ces travaux ont été détaillés dans un article intitulé "Graphene photodetectors with ultra-broadband and high responsivity at room temperature," paru dans la revue scientifique Nature Nanotechnology.

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