ultrafino y sin necesidad de refrigeración

Los sistemas de visión nocturna de alta gama tienen una limitación: el peso y volumen de sus sistemas de refrigeración. Para detectar la radiación infrarroja, estos dispositivos dependen de sensores fabricados con telururo de mercurio y cadmio, materiales extremadamente sensibles, pero que requieren mantenerse a temperaturas criogénicas. Eso está a punto de cambiar totalmente.

Un equipo del MIT desarrolló un nuevo material ultrafino capaz de detectar radiación infrarroja al estilo de la película Depredador y sin necesidad de refrigeración; incluso supera en sensibilidad a los sensores actuales que dependen del frío extremo. La clave está en una combinación de innovación en materiales piroeléctricos y una sorprendente propiedad antiadherente a nivel atómico.

Una receta que incluye plomo, grafeno y mucho ingenio

Fabricar capas de material sensible al calor con un grosor de apenas 10 nanómetros es un reto, principalmente porque tienden a quedarse pegadas al sustrato donde se cultivan, como un huevo en una sartén sin teflón. La técnica tradicional, conocida como epitaxia remota, introducía una capa de grafeno para facilitar el despegue, pero resultaba cara, lenta y difícil de escalar.

Los investigadores del MIT, encabezados por Xinyuan Zhang, se dieron cuenta de que podían saltarse el grafeno si usaban un material llamado PMN-PT (niobato de plomo y magnesio-titanato de plomo). Este compuesto no solo facilitaba el despegue de las películas ultradelgadas sin romperlas, sino que además tenía propiedades piroeléctricas excepcionales.

Según un comunicado del MIT, el plomo presente en la estructura química del PMN-PT actúa como una barrera natural que impide la adhesión fuerte entre la película y el sustrato. Bastaba una ligera tensión para que la capa se desprendiera, sin dañar ni el material ni la base.

Un sensor que no solo compite con lo militar, lo supera

Con esta técnica, el equipo fabricó una matriz de 100 píxeles, cada uno de solo 60 micras cuadradas, ensamblados en un chip de silicio. Según la investigación publicada en Nature, esta matriz superó en sensibilidad a los sensores infrarrojos refrigerados que se usan actualmente en visores militares. No solo detectaba temperaturas mínimas con gran precisión, sino que además era sensible a un rango mucho más amplio del espectro infrarrojo.

La diferencia fundamental radica en cómo reacciona el material ante el calor. En lugar de depender del salto de electrones como los sensores fotodetectores actuales, los materiales piroeléctricos generan una corriente directamente relacionada con la variación de temperatura. Esto no solo elimina la necesidad de refrigeración, sino que también reduce el ruido eléctrico generado por el movimiento atómico del material, uno de los grandes problemas de los sensores sin refrigeración hasta ahora.

¿El futuro de la visión nocturna en algo tan ligero como unas gafas normales?

Para quienes piensan en gafas de visión nocturna como equipos pesados y aparatosos, este avance podría representar una verdadera revolución. «Esta película reduce considerablemente el peso y el costo, haciéndola ligera, portátil y fácil de integrar», explicó Zhang en el comunicado del MIT. El objetivo es tener dispositivos funcionales y compactos, incluso gafas que se vean como unas comunes pero con capacidades térmicas avanzadas.

Aunque aún falta resolver cómo integrar ópticas, circuitos y fuente de energía en un diseño compacto, Zhang tiene fe en que es solo cuestión de tiempo. «Seguimos trabajando para convertirlo en un dispositivo de visión nocturna funcional», declaró a Ars Technica.

Más allá del ámbito militar, las aplicaciones posibles se multiplican; desde sensores ambientales y médicos hasta visores para conducción autónoma en condiciones de niebla densa. Incluso se habla de lentes de contacto con visión térmica, aunque el propio Zhang admite que eso es aún una meta lejana.