Mecanismo de una metasuperficie plasmónica integrada en grafeno con grafeno eléctrico pixelado. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-56811-z
Sin la capacidad de controlar las ondas de luz infrarroja, los vehículos autónomos no podrían mapear rápidamente su entorno y mantener “ojos” en los autos y peatones a su alrededor; La realidad aumentada no podía mostrar pantallas 3D realistas; Los médicos perderían una herramienta importante para la detección temprana del cáncer. El control de luz dinámico permite actualizaciones a muchos sistemas existentes, pero las complejidades asociadas con la fabricación de dispositivos térmicos programables obstaculizan la disponibilidad.
Una nueva metasuperficie activa, el transistor de efecto de campo de grafeno programable eléctricamente (GR-FET), desde los laboratorios de Sheng Shen y Xu Zhang en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon, permite el control de los estados de infrarrojo medio a través de una amplia gama de longitudes de onda, direcciones y polarizaciones. Este control mejorado permite avances en aplicaciones que van desde el camuflaje infrarrojo hasta el monitoreo personalizado de la salud.
“Por primera vez, nuestros dispositivos de metasuperficie activos exhibieron la integración monolítica de la temperatura rápidamente modulada, la imagen pixelada direccionable y el espectro infrarrojo resonante”, dijo Xiu Liu, asociado postdoctoral en ingeniería mecánica y autor principal del artículo publicado en comunicaciones de la naturaleza. “Este avance será de gran interés para una amplia gama de fotónicas infrarrojas, ciencia de los materiales, biofísica y audiencias de ingeniería térmica”.
El dispositivo bidimensional está compuesto por píxeles de matriz de oro que interactúan directamente con una sola capa de grafeno o están separados por una capa de aislamiento.
Crédito: Carnegie Mellon University Mechanical Engineering
“Tiene una diafonía baja, lo que significa que las señales transmitidas desde un canal no interfieren con otro”, dijo Zexiao Wang, Ph.D. Candidato en Ingeniería Mecánica. “Este avance permite una escritura eléctrica 2D escalable para píxeles densamente empaquetados e independientemente direccionables”.
Los ataques de canales laterales son una forma de explotar la información confidencial, como las claves de cifrado, analizando variaciones de temperatura sutiles causadas por las operaciones informáticas del dispositivo. Al monitorear las fluctuaciones de temperatura con una cámara de imágenes térmicas, un atacante puede potencialmente reunir información. El dispositivo de Shen podría actuar como un nivel adicional de seguridad camuflando las emisiones térmicas.
“No estamos muy lejos de ver esta tecnología integrada en nuestras vidas”, dijo Shen. “Podríamos estar usando en los próximos cinco a diez años”.
Tianyi Huang, también Ph.D. Candidato en Ingeniería Mecánica, lideró el desarrollo de un circuito especialmente diseñado que alimenta el dispositivo. Esto permite que el dispositivo funcione por su cuenta o se integre en los productos existentes.
“Este dispositivo es escalable. Podría usarse en un chip para prevenir los ataques de canales laterales camuflando las emisiones térmicas existentes con emisiones engañosas y programadas. En el otro lado, podría usarse en una prenda para detectar células de cáncer de mama”, explicó el Ph.D. de la Ingeniería Mecánica. Candidato Yibai Zhong.
Más información: Xiu Liu et al, emisión térmica coherente de infrarrojo intermedio coherente eléctricamente programable, comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-56811-z
Proporcionado por la ingeniería mecánica de la Universidad Carnegie Mellon
Cita: los píxeles programables podrían avanzar en aplicaciones de luz infrarroja (2025, 31 de marzo) Recuperado el 31 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-programmable-pixels-advance-infrado-applications.html
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