Нов материал може да предефинира очилата за нощно виждане

Най-вероятно доста от вас знаят, че въоръжените сили използват очила за нощно виждане. Едва ли обаче сте наясно как се постига тази технология. Във военните очила за инфрачервено виждане се използват детектори, изработени от живачен кадмиев телурид, полупроводников материал, който е особено чувствителен към инфрачервената радиация.

За да работят добре тези детектори, те трябва да се охлаждат, приблизително при температури на течен азот. Това ги прави обемисти и тежки, като разбира се има нови разработки, които да премахнат недостатъците. Учени от MIT (Масачузетския технологичен институт) са разработили нов свръхтънък материал, който може да усеща инфрачервено лъчение без никакво охлаждане и в същото време превъзхожда охладените детектори.

Инфрачервени детектори без охлаждане съществуват отпреди Втората световна война и в повечето случаи разчитат на пироелектрични материали като турмалин, които променят температурата си при поглъщане на инфрачервено лъчение. Тази промяна на температурата от своя страна генерира електрически ток, който може да бъде измерен, за да се получи показание от детектора. Работата при стайна температура предизвиква много случайно движение на атомите в пироелектричния материал, което внася електрически шум, затрудняващ откриването на слаби инфрачервени сигнали.

В охладените детектори от живачен кадмиев телурид това атомно движение е драстично по-малко. Екипът от учени смята, че получаването на такъв вид нискошумови характеристики от пироелектрични материали е теоретично възможно. Тези материали обаче трябва да са изключително тънки, а това прави производството по-трудно.

Процесът на изработване на свръхтънки пластини (между един и няколко десетки нанометра) от различни материали се нарича епитаксия и се използва при производството на чипове и двуизмерни полупроводници. Той се основава на отглеждането на кристални структури върху материал за подложка. Основното предизвикателство е да се отстранят тези кристални филми от субстрата, без да се повредят.

Един от начините за това е т.нар. дистанционна епитаксия, при която между подложката и растящите кристали се поставя междинен слой, изработен от графен или друг материал. След като процесът на епитаксия приключи, субстратът и всичко върху него се накисва в химически разтвор, който разтваря този междинен слой, оставяйки кристалния филм непокътнат. Този метод работи, но е скъп, труден за мащабиране и отнема много време. За да направи процеса по-евтин и по-бърз, екипът на MIT е трябвало да отгледа кристалите директно върху субстрата, без никакви междинни слоеве.

Когато екипът експериментирал с отглеждането на различни пластини в предишните си изследвания, те забелязали, че има материал, който лесно се отделя от подложката, но запазва атомно гладка повърхност: PMN-PT, или оловен магнезиев ниобат-оловен титанат. Конструираният от тях детектор е изработен от 100 парчета PMN-PT филми с дебелина 10 нанометра, всяко от които е с размер около 60 квадратни микрона, които екипът прехвърля върху силициев чип. По този начин се получава 100-пикселов инфрачервен сензор.

Самите сензори и техните охладителни системи не са достатъчни за изграждането на добра система за нощно виждане. Предстои и разработка на оптична конструкция, която да фокусира светлината върху детектора, захранване, схеми и др.