Le lenti a contatto del futuro consentiranno di vedere a infrarossi

lenti contatto

Il primo rivelatore di luce che funziona alla temperatura di una stanza e che può percepire l’intero spettro infrarosso: una tecnologia del tutto innovativa che può persino essere immessa in una lente a contatto.

Diversamente da simili rivelatori di infrarossi medi e lontani correntemente sul mercato, il rivelatore progettato dai ricercatori dell’ Università del Michigan non ha bisogno di congegni ingombranti per funzionare. “Possiamo rendere tutto il design super sottileafferma il professor Zhaohui Zhong – in modo che possa essere inserito in una lente a contatto o integrato in un telefono cellulare”.

La luce infrarossa inizia ad una lunghezza d’onda appena più lunga di quella della luce rossa visibile e si estende a lunghezze d’onda fino a un millimetro. La visione infrarossa può esser utilizzata per individuare persone e animali nel buio e perdite di calore nelle case, ma può anche aiutare i medici a monitorare il flusso del sangue, ad identificare agenti chimici nell’ambiente ed aiuta gli storici dell’arte ad individuare i bozzetti di Gaughin sotto strati di pittura.

Diversamente dallo spettro visibile, che le fotocamere tradizionali catturano con un singolo chip, l’imaging a raggi infrarossi richiede una combinazione di tecnologie per vedere le radiazioni vicine, a media distanza e lontane tutte in un volta. Inoltre, cosa che è ancora più difficile, i sensori per gli infrarossi a media e lunga distanza generalmente hanno bisogno di essere a temperature molto basse. Il grafene, un singolo strato di atomo di carbonio, potrebbe percepire l’intero spettro infrarosso ed in più la luce visibile e ultravioletta.

Fino ad ora, tuttavia, non è stato utilizzabile per l’individuazione degli infrarossi poiché non è in grado di catturare abbastanza luce per generare un segnale elettrico individuabile. Con lo spessore di un atomo assorbe solo il 2.3% della luce che lo colpisce. Se la luce non può produrre un segnale elettrico, il grafene non può essere utilizzato come sensore.

La sfida per l’attuale generazione di rivelatori basati sul grafene è che la loro sensibilità è tipicamente molto povera – afferma Zhong –da un centinaio ad un migliaio di volte inferiore a quella che un dispositivo in commercio richiederebbe”.

Per superare questo ostacolo i professori Zhong e Norris hanno lavorato con dei ragazzi laureati per progettare un nuovo modo di generare il segnale elettrico. Piuttosto che provare a misurare direttamente gli elettroni che vengono liberati quando la luce colpisce il grafene, essi amplificano il segnale guardando a come le cariche elettriche generate dalla luce nel grafene incidono su una corrente vicina.

Il nostro lavoro ha inaugurato un nuovo mododi rivelare la luce” ha dichiarato Zhong.

Per realizzare il dispositivo, hanno messo uno strato di barriera isolante tra due fogli di grafene. Nello strato inferiore scorreva la corrente. Quando la luce colpiva lo strato superiore liberava elettroni, creando fori di carica positiva. Dopo gli elettroni utilizzavano un trucco della meccanica quantistica per saltare attraverso la barriera nello strato inferiore del grafene. I fori caricati positivamente producevano un campo elettrico che influenzava il flusso di elettricità attraverso lo strato inferiore. Misurando il salto di corrente il gruppo di ricercatori ha potuto desumere la luminosità della luce che colpiva il grafene.

Il nuovo approccio consentiva per la prima volta alla sensibilità di un grafene alla temperatura di una stanza di competere con quella di rilevatori freddi di raggi infrarossi medi. Il dispositivo è inoltre di dimensioni ridottissime, più piccolo dell’unghia di un mignolo. “Se lo integriamo in una lente a contatto o in un altro apparecchio elettronico portatile è in grado di aumentare la visibilità – afferma Zhong, che prosegue – è uno strumento in grado di offrire un altro modo di interagire con l’ambiente”. Intanto il mercato già si interroga su un punto che appare centrale pensando ai possibili impieghi del dispositivo “Vogliamo vedere ad infrarossi?

L’apparecchio è stato descritto accuratamente in un articolo apparso online su Nature Nanotechnology. Lo studio è stato finanziato dalla National Science Foundation, in parte attraverso il Michigan Engineering's Centre for Photonic and Multiscale Nanomaterials.

Francesca Di Giorgio

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