fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l’Institut des sciences et technologies de Skolkovo (Skoltech) en Russie a présenté un détecteur infrarouge capable de fonctionner à température ambiante avec une sensibilité élevée, permettant une détection infrarouge performante sans refroidissement cryogénique.
La lumière infrarouge est largement utilisée dans des domaines tels que l’imagerie thermique, la vision nocturne, la détection de gaz et les communications optiques. Cependant, les détecteurs infrarouges traditionnels à haute sensibilité nécessitent généralement des systèmes de refroidissement cryogénique coûteux, ce qui limite leur déploiement dans des scénarios portables et à faible coût. Dirigée par la Dre Svetlana I. Serebrennikova et le professeur Albert G. Nasibulin de Skoltech, l’équipe a conçu un nouveau détecteur utilisant deux matériaux complémentaires. Ce dispositif combine un réseau de nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) avec un cristal de niobate de lithium (LiNbO3). Les SWCNT sont des cylindres creux de carbone d’un diamètre nanométrique, dont la conductivité est extrêmement sensible aux variations de tension de grille ; le cristal de LiNbO3, quant à lui, fonctionne sur une large gamme de longueurs d’onde infrarouges et possède des propriétés non linéaires. Les résultats de cette recherche ont été publiés le 14 mai 2026 dans le journal Opto-Electronic Advances, volume 9, numéro 5.
Le principe fondamental de ce détecteur repose sur l’effet pyroélectrique dans le LiNbO3. Lorsque le cristal absorbe la lumière infrarouge, il subit une légère augmentation de température, modifiant sa polarisation électrique interne et générant brièvement un champ électrique. Ce champ agit comme une tension de grille, modifiant la conductivité du réseau de nanotubes de carbone connecté jusqu’à un facteur de 10⁵, convertissant ainsi la chaleur de la lumière incidente en un signal électrique puissant, formant un phototransistor pyroélectrique. L’équipe de recherche souligne que les dispositifs similaires antérieurs à base de graphène présentaient de mauvaises performances en raison de l’absence de bande interdite électronique dans le graphène, ce qui entraînait une faible réponse au champ électrique de grille. En revanche, les nanotubes de carbone semi-conducteurs possèdent une bande interdite, permettant des variations drastiques de conductivité.
Lors de la fabrication, l’équipe a cultivé un réseau de SWCNT de haute qualité et clairsemé grâce à une méthode améliorée de dépôt chimique en phase vapeur par aérosol (CVD), et a utilisé une technique novatrice de transfert capillaire pour déposer un film sous-percolation sur la surface du LiNbO3 en coupe z. Ce transfert à sec évite les dommages causés aux propriétés des nanotubes par les tensioactifs et les contaminants des procédés traditionnels. Le détecteur ainsi fabriqué fonctionne à température ambiante, avec une plage de détection couvrant la lumière visible jusqu’à 9,3 micromètres, une détectivité spécifique atteignant l’ordre de 10¹⁰ cm·Hz^1/2/W, soit plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle des dispositifs à base de graphène, se rapprochant de la limite théorique des détecteurs thermiques non refroidis.
Ce détecteur, ne nécessitant pas de refroidissement cryogénique et offrant une sensibilité spectrale large, est adapté aux scénarios de détection infrarouge portables et à faible consommation d’énergie, tels que l’imagerie thermique pour la lutte contre les incendies et l’inspection des bâtiments, la surveillance environnementale, le contrôle qualité dans la fabrication et les communications optiques à courte distance. L’équipe de recherche indique que la prochaine étape consistera à améliorer la vitesse de réponse. Actuellement, le temps de réponse est d’environ 2 secondes, limité par la diffusion de la chaleur dans le substrat de LiNbO3 de 500 µm d’épaisseur ; l’utilisation de substrats plus minces ou de structures en membrane pourrait accélérer considérablement la réponse thermique. L’équipe prévoit également de stabiliser les performances grâce à un revêtement protecteur, d’améliorer la reproductibilité du réseau de canaux semi-conducteurs et d’optimiser le couplage thermique pour augmenter la vitesse d’imagerie et la résolution spatiale. Cette étude démontre le potentiel des phototransistors pyroélectriques à base de SWCNT pour atteindre des limites proches de la détectivité théorique, ouvrant la voie à une nouvelle génération de capteurs infrarouges compacts, à large bande et fonctionnant à température ambiante.
