Un detector de luz de grafeno abarca todo el espectro infrarrojo

Actualizado: lunes, 17 marzo 2014 9:18

MADRID, 16 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Un detector de luz a temperatura ambiente desarrollado por ingenieros de la Universidad de Michigan (Estados Unidos), que puede detectar el espectro completo de infrarrojos, tiene el potencial de llevar la tecnología de visión de calor a una lente de contacto. A diferencia de los detectores de infrarrojo medio y lejano comparables que existen en el mercado, este detector no necesita voluminosos equipos de refrigeración para trabajar.

   "Podemos hacer todo su diseño súper delgado", destaca uno de sus creadores, Zhaohui Zhong, profesor asistente de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en la Universidad de Michigan. "Puede ser apilado en una lente de contacto o integrado con un teléfono celular", valora este investigador.

   La luz infrarroja comienza en longitudes de onda apenas más largas que las de la luz visible de color rojo y se extiende a longitudes de onda de hasta un milímetro de largo. La visión por infrarrojos se conoce muy bien en su uso para detectar personas y animales en la oscuridad y fugas de calor en las casas pero también puede ayudar a los médicos a controlar el flujo de sangre, identificar sustancias químicas en el medio ambiente y permitir que los historiadores del arte vean los dibujos de Paul Gauguin bajo capas de pintura.

   A diferencia del espectro visible, que las cámaras convencionales capturan con un solo chip, las imágenes por infrarrojos requieren una combinación de tecnologías para ver con infrarrojo corto, medio y lejano a la vez y, normalmente, los sensores de infrarrojo medio y lejano necesitan estar a temperaturas muy frías.

   El grafeno, formado por una sola capa de átomos de carbono, puede sentir todo el espectro de la luz, la más visible y la ultravioleta infrarroja. Pero hasta ahora, no ha sido viable para la detección infrarroja, ya que no puede captar suficiente luz para generar una señal eléctrica detectable. Con un espesor de un átomo, sólo absorbe alrededor del 2,3 por ciento de la luz que le llega y si la luz no puede producir una señal eléctrica, el grafeno no se puede utilizar como un sensor.

   "El desafío para la actual generación de detectores basados ??en el grafeno es que su sensibilidad es generalmente muy pobre --explica Zhong--. Es de cien a mil veces más bajo que lo que requiere un dispositivo comercial". Para superar ese obstáculo, Zhong y Ted Norris, profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, trabajaron con estudiantes de posgrado con el objetivo de diseñar una nueva forma de generar la señal eléctrica.

   En lugar de tratar de medir directamente los electrones que se liberan cuando la luz golpea el grafeno, amplificaron la señal viendo cómo las cargas eléctricas inducidas por la luz en el grafeno afectan a una corriente cercana. "Nuestro trabajo fue pionero en una nueva forma de detectar la luz. Creemos que la gente será capaz de adoptar este mismo mecanismo en otras plataformas materiales y dispositivos", destaca Zhong.

   Para hacer el dispositivo, pusieron una capa de barrera aislante entre dos láminas de grafeno, de forma que la capa inferior tenía una corriente fluyendo a través de ella. Cuando la luz golpeó la capa superior, liberó los electrones , creando agujeros de carga positiva y, a continuación, los electrones utilizaron un truco de mecánica cuántica para deslizarse a través de la barrera y en la capa inferior de grafeno.

   Los agujeros cargados positivamente, se quedaron atrás en la capa superior, produciendo un campo eléctrico que afectó al flujo de electricidad a través de la capa inferior. Midiendo el cambio en la corriente, el equipo podría deducir el brillo de la luz que llega al grafeno, por lo que el nuevo enfoque permitió que la sensibilidad de un dispositivo de grafeno a temperatura ambiente compitiera con la de los detectores de infrarrojo medio enfriados.

   El dispositivo, cuyas características se describen un un artículo que se publica en la edición digital de la revista 'Nature Nanotechnology' ya es más pequeño que la uña del meñique y se puede reducir fácilmente. "Si lo integramos en una lente de contacto u otros aparatos electrónicos portátiles, ampliará su visión", subraya Zhong.

Leer más acerca de: