De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe de pesquisa do Instituto de Ciência e Tecnologia Skolkovo (Skoltech), na Rússia, demonstrou um detector infravermelho de alta sensibilidade que opera à temperatura ambiente, permitindo detecção infravermelha de alto desempenho sem a necessidade de resfriamento criogênico.
A luz infravermelha é amplamente utilizada em áreas como termografia, visão noturna, detecção de gases e comunicação óptica. No entanto, detectores infravermelhos tradicionais de alta sensibilidade geralmente exigem sistemas caros de resfriamento criogênico, limitando sua implantação em cenários portáteis e de baixo custo. A equipe, liderada pela Dra. Svetlana I. Serebrennikova e pelo Prof. Albert G. Nasibulin do Skoltech, construiu um novo detector utilizando dois materiais complementares. O dispositivo combina uma rede de nanotubos de carbono de parede simples (SWCNT) com um cristal de niobato de lítio (LiNbO3). Os SWCNTs são cilindros ocos de carbono com diâmetro da ordem de nanômetros, cuja condutividade elétrica é extremamente sensível a variações na tensão de porta; já o cristal de LiNbO3 opera em uma ampla faixa de comprimentos de onda infravermelhos e possui propriedades não lineares. Os resultados da pesquisa foram publicados em 14 de maio de 2026 no periódico Opto-Electronic Advances, volume 9, número 5.
O princípio central do detector utiliza o efeito piroelétrico no LiNbO3. Quando o cristal absorve luz infravermelha, ocorre um pequeno aquecimento, alterando sua polarização elétrica interna e gerando brevemente um campo elétrico. Esse campo elétrico atua como uma tensão de porta, podendo alterar a condutividade da rede de nanotubos de carbono conectada em até 10 elevado à 5ª potência, convertendo assim o calor da luz incidente em um forte sinal elétrico, formando um fototransistor piroelétrico. A equipe de pesquisa observou que dispositivos anteriores baseados em grafeno apresentavam desempenho inferior devido à falta de um bandgap eletrônico no grafeno, resultando em resposta fraca ao campo elétrico de porta. Já os nanotubos de carbono semicondutores possuem bandgap, permitindo mudanças drásticas na condutividade.
Durante o processo de fabricação, a equipe cultivou redes de SWCNT de alta qualidade e baixa densidade por meio de um método aprimorado de deposição química de vapor por aerossol (CVD), e utilizou uma técnica inovadora de transferência capilar para transferir filmes subpercolativos para a superfície de LiNbO3 com corte z. Essa transferência a seco evita danos ao desempenho dos nanotubos causados por surfactantes e contaminantes em processos tradicionais. O detector fabricado opera à temperatura ambiente, cobre uma faixa de detecção do visível até 9,3 micrômetros, e atinge uma detectividade específica da ordem de 10 elevado à 10ª potência cm·Hz^1/2/W, superando dispositivos baseados em grafeno em várias ordens de grandeza, aproximando-se do limite teórico de detecção térmica não resfriada.
O detector não requer resfriamento criogênico e possui ampla sensibilidade espectral, sendo adequado para cenários de detecção infravermelha portáteis e de baixo consumo de energia, como termografia em combate a incêndios e inspeção de edifícios, monitoramento ambiental, controle de qualidade na manufatura e comunicação óptica de curta distância. A equipe de pesquisa afirma que o próximo passo é melhorar a velocidade de resposta. Atualmente, o tempo de resposta é de cerca de 2 segundos, limitado pela difusão de calor no substrato de LiNbO3 com 500 µm de espessura; o uso de substratos mais finos ou estruturas de membrana pode acelerar significativamente a resposta térmica. A equipe também planeja estabilizar o desempenho com revestimentos protetores, melhorar a reprodutibilidade da rede do canal semicondutor e otimizar o acoplamento térmico para aumentar a velocidade de imagem e a resolução espacial. Esta pesquisa demonstra o potencial dos fototransistores piroelétricos baseados em SWCNT para se aproximar do limite teórico de detectividade, abrindo caminho para uma nova geração de sensores infravermelhos compactos, de banda larga e operando à temperatura ambiente.
