May, 30, 2025, Pittsburgh--中赤外線(Mid-IR)波長を完全に制御することで、チップのセキュリティからパーソナライズされたヘルスモニタリングまで、様々なアプリケーションの進歩が可能になる。
赤外光波を制御する能力がなければ、自動運転車は周囲の環境を迅速にマッピングし、周囲の車や歩行者に「目を向ける」ことができない。拡張現実(AR)はリアルな3Dディスプレイを表示できなかった。医師は、ガンの早期発見のための重要なツールを失うことになる。動的光制御により、多くの既存システムのアップグレードが可能になるが、プログラム可能なサーマルデバイスの製造に関連する複雑さが有用性を妨げる。
カーネギーメロン大学(CMU)工学部のSheng Shen とXu Zhangによる新しいアクティブメタサーフェス、電気的にプログラム可能なグラフェン電界効果トランジスタ(Gr-FET)は、広範囲の波長、方向、偏光にわたって中赤外線状態を制御することを可能にする。この強化された制御により、赤外線カモフラージュからパーソナライズされた健康モニタリングまで、様々なアプリケーションの進歩が可能になる。
「われわれのアクティブメタサーフェスデバイスは、急速に調整された温度、対処可能なピクセル化されたイメージング、および共鳴赤外線スペクトルのモノリシック統合を初めて示した」と、機械工学のポスドク研究員で、Nature Communicationsに掲載された論文の筆頭著者であるXiu Liuは話している。「この画期的な成果は、赤外線フォトニクス、材料科学、生物物理学、熱工学の幅広い分野において大きな関心を集める。」
この2次元デバイスは、単一のグラフェン層と直接インタフェースするか、絶縁層によって分離された金のピクセルアレイで構成されている。
機械工学のPh.D候補Zexiao Wangは、「クロストークが少ないため、1つのチャネルから伝送される信号が別のチャネルに干渉しない。このブレークスルーにより、高密度で独立して取扱可能なピクセルのスケーラブルな2D電気書き込みが可能になる」とコメントしている。
同じく機械工学のPh.D候補Tianyi Huangは、このデバイスにパワーを供給する特別設計の回路の開発を主導した。これにより、デバイスは単独で動作することも、既存の製品に統合することもできる。
「このデバイスはスケーラブルである。チップに組み込むことで、誤解を招くようにプログラムされた放射で既存の熱放射を偽装することにより、サイドチャネル攻撃を防ぐことができる。一方で、乳ガン細胞を検出するために衣服内の装着することもできる」と、機械工学のPh.D候補Yibai Zhongは説明している。
サイドチャネル攻撃は、コンピューティングデバイスの操作によって引き起こされる微妙な温度変化を分析することにより、暗号化キーなどの機密情報を悪用する方法である。赤外線カメラで温度変動を監視することで、攻撃者は情報をつなぎ合わせることができる。Shenのデバイスは、熱放射を偽装することで、セキュリティレベルを高めることができる。
「この技術がわれわれの生活に組み込まれるのは、そう遠くない。今後5年から10年で使用できるようになる可能性がある」とShenはコメントしている。