Ученые Массачусетского технологического института изготовили тонкую пироэлектрическую мембрану — она относится к классу термочувствительных материалов, которые производят электрический ток в ответ на изменения температуры.
Чем тоньше пироэлектрический материал, тем лучше он улавливает едва заметные температурные изменения. Новинка является самой тонкой на сегодняшний день (10 нм), очень чувствительна к теплу и излучению в дальнем инфракрасном спектре.
Инженеры использовали метод удаленной эпитаксии, когда полупроводниковые материалы выращиваются на монокристаллической подложке с тонким слоем графена между ними. Кристаллическая структура подложки служит каркасом, на котором может расти новый материал. Графен действует как антипригарный слой, похожий на тефлон, что позволяет исследователям легко снимать новую мембрану и переносить ее на гибкие и многослойные электронные устройства. После этого подложку можно повторно использовать.
Пробуя различные комбинации полупроводниковых элементов, исследователи случайно заметили, что определенный пироэлектрический материал не требовал промежуточного слоя для отделения от своей подложки. Просто исследователи могли затем удалить выращенную мембрану без надрывов в ее тонкой решетке. Выяснилось, что она содержит упорядоченное расположение атомов свинца: тот притягивает электроны и не позволяет носителям заряда перемещаться и соединяться с другими материалами, в том числе с подложкой.
Устройства, использующие такие сверхчувствительные мембраны, могут работать без охлаждения, что делает их легче и дешевле по сравнению с традиционными устройствами ночного видения. Современные приборы для обнаружения инфракрасного излучения требуют громоздких охлаждающих элементов.
Среди областей применения — беспилотные автомобили, чтобы обнаруживать пешеходов и другие транспортные средства в условиях полной темноты или при плохой видимости, например, в тумане, датчики мониторинга загрязнений окружающей среды и другие устройства, где требуется высокая чувствительность к инфракрасному излучению. В области электроники пироэлектрические пленки могут быть использованы для отслеживания изменений температуры в полупроводниковых чипах, что поможет обнаруживать неисправности на ранних стадиях.
Ранее мы рассказывали об изобретении метаматериала, способного накапливать упругую энергию.
