Miniaturisierte Computerspektrometer sind für On-Chip- und implantierbare Anwendungen unerlässlich. Die hochempfindliche Spektralmessung mit einem einzigen Detektor ermöglicht es, die Grundfläche solcher Spektrometer zu verkleinern und gleichzeitig eine spektrale Auflösung zu erreichen, die sich der von Tischsystemen annähert.
Wissenschaftler, darunter ein Materialforscher aus Oregon State University, haben ein besseres Werkzeug zur Messung von Licht geschaffen. Dieser Fortschritt in der optischen Spektrometrie könnte alles verbessern, von Smartphone-Kameras bis hin zur Umweltüberwachung. Tatsächlich haben Wissenschaftler ein leistungsstarkes, ultrakleines Spektrometer entwickelt, das auf einen Mikrochip passt und damit betrieben wird künstliche Intelligenz.
Um dieses Werkzeug zu entwickeln, verwendeten Wissenschaftler eine vergleichsweise neue Klasse superdünner Materialien, die als zweidimensionale Halbleiter bekannt sind. Das Endergebnis ist ein Machbarkeitsnachweis für ein Spektrometer, das mit mehreren Technologien ausgestattet werden könnte.
Aufgrund seiner vollständigen elektrischen Kontrolle über die absorbierten Lichtfarben verfügt das Tool über ein enormes Potenzial für Skalierbarkeit und umfassende Anwendung.
Ethan Minot, Physikprofessor am OSU College of Science, sagte: „Wir haben einen Weg demonstriert, Spektrometer zu bauen, die wesentlich kleiner sind als die heute üblichen. Spektrometer messen die Stärke des Lichts bei verschiedenen Wellenlängen und sind in vielen Branchen und allen Bereichen der Wissenschaft sehr nützlich, um Proben zu identifizieren und Materialien zu charakterisieren.“
„Herkömmliche Spektrometer erfordern sperrige optische und mechanische Komponenten, während das neue Gerät am Ende eines menschliches Haar. Die neue Forschung legt nahe, dass diese Komponenten durch neuartige Halbleitermaterialien und KI ersetzt werden können, wodurch Spektrometer von den derzeit kleinsten, die etwa die Größe einer Traube haben, dramatisch verkleinert werden können.“
Hoon Hahn Yoon, der die Studie zusammen mit seinem Kollegen Zhipei Sun Yoon von der Aalto-Universität leitete, sagte: „Unser Spektrometer erfordert keine Montage separater optischer und mechanischer Komponenten oder Array-Designs, um Licht zu zerstreuen und zu filtern. Darüber hinaus kann es eine hohe Auflösung erreichen, die mit Benchtop-Systemen vergleichbar ist, jedoch in einem viel kleineren Gehäuse.“
Minot sagte, „Es ist aufregend, dass unser Spektrometer Möglichkeiten für alle möglichen neuen alltäglichen Geräte und Instrumente eröffnet, um auch neue Wissenschaft zu betreiben.“
„In der Medizin werden beispielsweise bereits Spektrometer auf ihre Fähigkeit getestet, feine Veränderungen im menschlichen Gewebe zu erkennen, etwa den Unterschied zwischen Tumoren und gesundem Gewebe. Für die Umweltüberwachung können Spektrometer erkennen, welche Art von Verschmutzung liegt in der Luft, Wasser oder Erde, und wie viel es gibt.“
„Es wäre schön, kostengünstige, tragbare Spektrometer zu haben, die diese Arbeit für uns erledigen. Und im Bildungsbereich wäre die praktische Vermittlung wissenschaftlicher Konzepte mit kostengünstigen, kompakten Spektrometern effektiver.“
„Während die Arbeit mit zweidimensionalen Halbleitern fortschreitet, werden wir schnell neue Wege entdecken, um ihre neuartigen optischen und elektronischen Eigenschaften zu nutzen. Die Erforschung von 2D-Halbleitern wird erst seit einem Dutzend Jahren ernsthaft betrieben, beginnend mit der Untersuchung von Graphen, Kohlenstoff, der in einem Wabengitter mit einer Dicke von einem Atom angeordnet ist.“
"Es ist wirklich aufregend. Wir werden weiterhin interessante Durchbrüche erzielen, indem wir zweidimensionale Halbleiter untersuchen.
Journal Referenz:
- Hoon Hahn Yoon et al. Miniaturisierte Spektrometer mit abstimmbarem Van-der-Waals-Übergang. Wissenschaft. DOI: 10.1126/science.add8544
