Miniaturiserede beregningsspektrometre er afgørende for on-chip og implanterbare applikationer. Meget følsom spektral måling ved hjælp af en enkelt detektor gør det muligt at nedskalere sådanne spektrometres fodaftryk, samtidig med at der opnås en spektral opløsning, der nærmer sig den for benchtop-systemer.
Forskere, herunder en materialeforsker fra Oregon State University, har skabt et bedre værktøj til at måle lys. Dette fremskridt inden for optisk spektrometri kan forbedre alt fra smartphone-kameraer til miljøovervågning. I virkeligheden fandt forskerne op med et kraftfuldt, ultralille spektrometer, der passer på en mikrochip og betjenes vha. kunstig intelligens.
For at udvikle dette værktøj brugte forskere en forholdsvis ny klasse af supertynde materialer kendt som todimensionelle halvledere. Det endelige resultat er proof of concept for et spektrometer, der kunne udstyres med flere teknologier.
På grund af dets fuldstændige elektriske kontrol over farverne af lys, det absorberer, har værktøjet et enormt potentiale for skalerbarhed og omfattende anvendelse.
Ethan Minot, professor i fysik ved OSU College of Science, sagde: "Vi har demonstreret en måde at bygge spektrometre på, der er langt mere miniature end hvad der typisk bruges i dag. Spektrometre måler styrken af lyset ved forskellige bølgelængder og er super anvendelige i mange industrier og alle videnskabsområder til at identificere prøver og karakterisere materialer."
"Traditionelle spektrometre kræver omfangsrige optiske og mekaniske komponenter, hvorimod den nye enhed kunne passe på enden af en menneskehår. Den nye forskning tyder på, at disse komponenter kan erstattes med nye halvledermaterialer og AI, hvilket gør det muligt for spektrometre at blive dramatisk nedskaleret i størrelse fra de nuværende mindste, som er omtrent på størrelse med en drue."
Hoon Hahn Yoon, der ledede undersøgelsen sammen med Aalto University-kollegaen Zhipei Sun Yoon sagde, "Vores spektrometer kræver ikke at samle separate optiske og mekaniske komponenter eller array-design for at sprede og filtrere lys. Desuden kan den opnå en høj opløsning, der kan sammenlignes med benchtop-systemer, men i en meget mindre pakke."
Minot sagde, "Det er spændende, at vores spektrometer åbner muligheder for alle mulige nye hverdagsgadgets og instrumenter til også at lave ny videnskab."
”Inden for medicin bliver spektrometre for eksempel allerede testet for deres evne til at identificere subtile ændringer i menneskeligt væv, såsom forskellen mellem tumorer og sundt væv. Til miljøovervågning kan spektrometre registrere hvilken slags forurening er i luften, vand eller jord, og hvor meget er der."
"Det ville være rart at have billige, bærbare spektrometre, der udfører dette arbejde for os. Og i uddannelsesmiljøet ville praktisk undervisning i naturvidenskabelige begreber være mere effektiv med billige, kompakte spektrometre."
"Efterhånden som arbejdet med todimensionelle halvledere skrider frem, vil vi hurtigt opdage nye måder at bruge deres nye optiske og elektroniske egenskaber på. Forskning i 2D-halvledere har været for alvor i kun et dusin år, startende med undersøgelsen af grafen, kulstof arrangeret i et bikagegitter med en tykkelse på et atom."
”Det er rigtig spændende. Vi vil fortsat have interessante gennembrud ved at studere todimensionelle halvledere.
Journal Reference:
- Hoon Hahn Yoon et al. Miniaturiserede spektrometre med et afstembart van der Waals-kryds. Videnskab. DOI: 10.1126/science.add8544
