В 2026 году Skoltech продемонстрирует высокочувствительный инфракрасный детектор, работающий при комнатной температуре

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Сколковского института науки и технологий (Skoltech) представила инфракрасный детектор, способный работать при комнатной температуре с высокой чувствительностью. Это устройство обеспечивает высокопроизводительное инфракрасное обнаружение без необходимости криогенного охлаждения.

Инфракрасный свет широко применяется в тепловидении, ночном видении, газовом сенсинге и оптической связи, однако традиционные высокочувствительные инфракрасные детекторы обычно требуют дорогих систем криогенного охлаждения, что ограничивает их использование в портативных и недорогих сценариях. Команда под руководством доктора Светланы И. Серебренниковой и профессора Альберта Г. Насибулина из Skoltech создала новый детектор, используя два взаимодополняющих материала. Устройство объединяет сеть однослойных углеродных нанотрубок (SWCNT) с кристаллом ниобата лития (LiNbO3). SWCNT — это полые углеродные цилиндры диаметром порядка нанометров, чья электропроводность чрезвычайно чувствительна к изменениям напряжения на затворе; кристалл LiNbO3, в свою очередь, способен работать в широком диапазоне инфракрасных длин волн и обладает нелинейными свойствами. Результаты исследования были опубликованы 14 мая 2026 года в журнале Opto-Electronic Advances, том 9, выпуск 5.

Основной принцип работы детектора основан на пироэлектрическом эффекте в LiNbO3. При поглощении инфракрасного света кристалл незначительно нагревается, что изменяет его внутреннюю поляризацию и временно создает электрическое поле. Это поле, действуя как напряжение на затворе, может изменять электропроводность связанной сети углеродных нанотрубок до 10 в 5-й степени раз, преобразуя тепло падающего света в сильный электрический сигнал, образуя пироэлектрический фототранзистор. Исследовательская группа отмечает, что ранние аналогичные устройства на основе графена показывали низкую производительность из-за отсутствия у графена электронной запрещенной зоны, что приводило к слабому отклику на электрическое поле затвора. Полупроводниковые углеродные нанотрубки, напротив, обладают запрещенной зоной, что позволяет добиться резкого изменения проводимости.

В процессе изготовления команда вырастила высококачественную разреженную сеть SWCNT с помощью усовершенствованного метода аэрозольного химического осаждения из паровой фазы (CVD) и применила новую технику капиллярного переноса для нанесения субперколяционной пленки на поверхность z-среза LiNbO3. Этот сухой перенос позволил избежать повреждения свойств нанотрубок поверхностно-активными веществами и загрязнителями, характерными для традиционных процессов. Изготовленный детектор работает при комнатной температуре, охватывая диапазон от видимого света до 9,3 мкм, с обнаружительной способностью до 10 в 10-й степени см·Гц^1/2/Вт, что на несколько порядков выше, чем у устройств на основе графена, и приближается к теоретическому пределу неохлаждаемых тепловых детекторов.

Благодаря отсутствию необходимости в криогенном охлаждении и широкой спектральной чувствительности, детектор подходит для портативных и маломощных инфракрасных сенсорных приложений, таких как тепловидение в пожарной охране и строительном контроле, мониторинг окружающей среды, контроль качества в производстве и короткодистанционная оптическая связь. Исследовательская группа заявляет, что следующий этап работы будет сосредоточен на повышении скорости отклика. Текущее время отклика составляет около 2 секунд, что ограничено диффузией тепла в подложке LiNbO3 толщиной 500 мкм; использование более тонких подложек или мембранных структур может значительно ускорить тепловой отклик. Команда также планирует стабилизировать производительность с помощью защитных покрытий, повысить воспроизводимость полупроводниковой канальной сети и оптимизировать тепловую связь для улучшения скорости формирования изображения и пространственного разрешения. Это исследование демонстрирует потенциал пироэлектрических фототранзисторов на основе SWCNT в приближении к пределу обнаружительной способности, открывая путь к новому поколению компактных, широкополосных инфракрасных сенсоров, работающих при комнатной температуре.