Производители инфракрасных детекторов сталкиваются с необходимостью использования токсичных металлов, что вызывает растущее беспокойство у экологов. Однако, благодаря исследованию американских учёных, появилось альтернативное решение на основе коллоидных квантовых точек, которые могут стать основой для создания более быстрых, экологичных и дешёвых инфракрасных камер для автомобилей, медицинских приборов и бытовых устройств.
Спрос на инфракрасные детекторы продолжает расти, особенно в таких областях, как автономный транспорт, медицинская визуализация и национальная безопасность. Однако, производители сталкиваются с проблемой: токсичные тяжёлые металлы, используемые в современных инфракрасных детекторах, всё чаще попадают под запрет экологических норм. Это вынуждает компании выбирать между производительностью и соблюдением требований, что замедляет внедрение инфракрасных детекторов в повседневные устройства и технику.
Исследователи из Нью-Йоркского университета предложили решение этой проблемы, используя для обнаружения инфракрасного излучения экологически чистые квантовые точки. Это позволит отказаться от ртути, свинца и других токсичных материалов, что значительно упростит процесс производства.
Процесс производства коллоидных квантовых точек значительно упрощается. Они синтезируются полностью в растворе, подобно чернилам, и могут быть нанесены с помощью технологий, аналогичных тем, которые используются при рулонном производстве упаковки или газет. Переход от кропотливой сборки к обработке в растворе значительно снижает производственные затраты и открывает возможности для широкого коммерческого применения.
Ещё одной задачей, которую решили исследователи, было создание квантовых чернил, достаточно проводящих для передачи сигналов от входящего света. Они добились этого, используя реакцию лигандного обмена в растворе, которая адаптирует химию поверхности квантовых точек, повышая производительность электронных устройств. В отличие от традиционных методов, которые часто приводят к образованию трещин или неровностей на пленках, этот процесс позволяет получать гладкие, однородные покрытия за один этап.
Полученные устройства демонстрируют выдающиеся характеристики: они реагируют на инфракрасное излучение в микросекундном диапазоне времени (для сравнения, человеческий глаз моргает в сотни раз медленнее) и способны улавливать сигналы мощностью порядка нановатта.
По некоторым показателям производительность новых датчиков всё ещё уступает лучшим детекторам на основе тяжёлых металлов. Однако исследователи ожидают, что дальнейший прогресс в области синтеза квантовых точек и разработки устройств позволит сократить этот разрыв.
Большинство современных лазеров излучают свет на фиксированных длинах волн. Это ограничение можно преодолеть с помощью квантовых точек, но они недолговечны. Авторы недавнего исследования обещают решить эту проблему при помощи жидкостного лазера с квантовыми точками, который излучает синий, красный и зелёный свет.