Des machines capables de voir à travers des objets et à l'intérieur du corps humain en temps réel existent depuis des décennies. Mais en raison de leur volume et de leur coût, ils se trouvent principalement dans les aéroports, où ils sont utilisés pour le contrôle, ou dans les bâtiments médicaux, où les installations d'IRM, composées de plusieurs salles, peuvent coûter plus de 3 millions de dollars.
Mais un effort de collaboration entre des scientifiques des laboratoires nationaux Sandia, de l'Université Rice et de l'Institut de technologie de Tokyo vise à rendre ce type d'imagerie beaucoup plus portable et abordable - un changement qui pourrait avoir des conséquences majeures pour l'imagerie médicale, le contrôle des passagers et même l'inspection des aliments. .
La technique, détaillée dans la revue Nano Letters, utilise un rayonnement térahertz (également appelé ondes submillimétriques en raison de la taille de leurs longueurs d'onde), qui se situe entre les plus petites longueurs d'onde typiquement utilisées pour l'électronique et les plus grandes ondes utilisées pour l'optique. Les ondes sont émises par un émetteur, mais contrairement aux machines plus grandes, elles sont interceptées par un détecteur constitué d’un film mince de nanotubes de carbone densément tassés, ce qui rend le processus d’imagerie moins complexe et volumineux.
Une technologie quelque peu similaire est déjà utilisée dans les appareils de contrôle des grands aéroports. Mais selon François Léonard de Sandia Lab, l'un des auteurs du document, la nouvelle technique utilise des longueurs d'onde encore plus petites, entre 300 gigahertz et 3 térahertz, au lieu de la fréquence standard des ondes millimétriques de 30 à 300 gigahertz.
La taille plus petite des longueurs d’ondes pourrait être utile pour des raisons de sécurité, explique Léonard: La technologie térahertz permet de détecter certains explosifs moins visibles au millimètre près. Ainsi, non seulement ces détecteurs pourraient permettre des dépistages plus rapides, grâce à leur plus petite taille, mais ils pourraient également être mieux adaptés à la tâche de lutte contre les terroristes potentiels.
Il a été difficile pour l’industrie de trouver des matériaux capables non seulement d’absorber efficacement l’énergie à ces basses fréquences, mais également de les convertir en un signal électronique utile - c’est pourquoi la technologie de détection est la véritable innovation. Parce que les nanotubes de carbone (mélodies longues et fines de molécules de carbone) excellent pour absorber la lumière électromagnétique, les chercheurs s'intéressent depuis longtemps à leur utilisation en tant que détecteurs. Mais dans le passé, les ondes térahertz étant grandes par rapport à la taille des nanotubes, elles ont nécessité l’utilisation d’une antenne, ce qui ajoute à la taille, au coût et à la consommation d’un appareil.
«Les détecteurs de nanotubes [précédents] utilisaient un ou plusieurs nanotubes», explique Léonard. «Les nanotubes étant si petits, le rayonnement térahertz devait être acheminé vers le nanotube pour améliorer la détectivité.»
Cependant, les chercheurs ont trouvé le moyen de combiner plusieurs nanotubes dans un film mince et dense, combinant à la fois des nanotubes métalliques absorbant les ondes et des nanotubes semi-conducteurs qui permettent de transformer les ondes en signal exploitable. Léonard dit qu'il serait extrêmement difficile d'atteindre cette densité en utilisant d'autres types de détecteurs.
Selon les chercheurs, cette technique ne nécessite pas de puissance supplémentaire pour fonctionner. Il peut également fonctionner à température ambiante, ce qui est une grande victoire pour certaines applications, telles que les appareils d'IRM, qui doivent être baignées dans de l'hélium liquide (températures atteintes environ 450 degrés sous zéro Fahrenheit) pour obtenir des images de haute qualité.
Cette vidéo donne un aperçu des coulisses de la procédure:
Le physicien de l'Université Rice, Junichiro Kono, l'un des autres auteurs du journal, pense que la technologie peut également être utilisée pour améliorer contrôles de sécurité des passagers et des marchandises ainsi. Mais il pense également que la technologie au térahertz pourrait un jour remplacer les appareils d'IRM volumineux et coûteux par un appareil beaucoup plus petit.
«Les améliorations potentielles en taille, en facilité, en coût et en mobilité d'un détecteur à base de térahertz sont phénoménales», a déclaré Kono dans un article de la Rice University sur la recherche. «Avec cette technologie, vous pourriez concevoir une caméra de détection térahertz portable qui permet d’enregistrer les tumeurs en temps réel avec une précision extrême. Et cela pourrait être fait sans la nature intimidante de la technologie IRM. ”
Léonard dit qu'il est trop tôt pour dire quand leurs détecteurs passeront du laboratoire aux appareils réels, mais il peut d'abord être utilisé dans des appareils portables pour inspecter des aliments ou d'autres matériaux sans les endommager ou les déranger. Pour le moment, la technique en est encore à ses balbutiements, confinée au laboratoire. Nous devrons probablement attendre la production des prototypes avant de savoir exactement où ces détecteurs terahertz fonctionneront le mieux.
