Los espectrómetros computacionales miniaturizados son esenciales para aplicaciones implantables y en chip. La medición espectral de alta sensibilidad con un solo detector permite reducir la escala de las huellas de dichos espectrómetros y lograr una resolución espectral cercana a la de los sistemas de sobremesa.
Los científicos, incluido un investigador de materiales de Universidad Estatal de Oregon, han creado una mejor herramienta para medir la luz. Este avance en la espectrometría óptica podría mejorar cualquier cosa, desde cámaras de teléfonos inteligentes hasta monitoreo ambiental. En realidad, los científicos idearon un espectrómetro ultrapequeño y potente que cabe en un microchip y funciona con inteligencia artificial.
Para desarrollar esta herramienta, los científicos utilizaron una clase relativamente nueva de materiales súper delgados conocidos como semiconductores bidimensionales. El resultado final es una prueba de concepto de un espectrómetro que podría equiparse con varias tecnologías.
Debido a su completo control eléctrico sobre los colores de la luz que absorbe, la herramienta tiene un enorme potencial de escalabilidad y amplia aplicación.
Ethan Minot, profesor de física en la Facultad de Ciencias de OSU, dijo: “Hemos demostrado una forma de construir espectrómetros que son mucho más pequeños que los que se usan normalmente en la actualidad. Espectrómetros miden la fuerza de la luz en diferentes longitudes de onda y son muy útiles en muchas industrias y todos los campos de la ciencia para identificar muestras y caracterizar materiales”.
“Los espectrómetros tradicionales requieren componentes ópticos y mecánicos voluminosos, mientras que el nuevo dispositivo podría caber en el extremo de un cabello humano. La nueva investigación sugiere que esos componentes pueden reemplazarse con nuevos materiales semiconductores e IA, lo que permite que los espectrómetros se reduzcan drásticamente en tamaño desde los más pequeños actuales, que son aproximadamente del tamaño de una uva”.
Hoon Hahn Yoon, quien dirigió el estudio con su colega de la Universidad Aalto, Zhipei Sun Yoon, dijo: “Nuestro espectrómetro no requiere ensamblar componentes ópticos y mecánicos separados o diseños de matriz para dispersar y filtrar la luz. Además, puede lograr una alta resolución comparable a los sistemas de sobremesa, pero en un paquete mucho más pequeño”.
Minot dijo, "Es emocionante que nuestro espectrómetro abra posibilidades para todo tipo de nuevos dispositivos e instrumentos cotidianos para hacer ciencia nueva también".
“En medicina, por ejemplo, ya se están probando los espectrómetros para determinar su capacidad para identificar cambios sutiles en el tejido humano, como la diferencia entre tumores y tejido sano. Para el monitoreo ambiental, los espectrómetros pueden detectar qué tipo de la contaminación está en el aire, agua o suelo, y cuánto hay”.
“Sería bueno tener espectrómetros portátiles de bajo costo que hicieran este trabajo por nosotros. Y en el entorno educativo, la enseñanza práctica de conceptos científicos sería más efectiva con espectrómetros compactos y económicos”.
“A medida que avance el trabajo con semiconductores bidimensionales, descubriremos rápidamente nuevas formas de utilizar sus nuevas propiedades ópticas y electrónicas. La investigación sobre semiconductores 2D ha sido seria durante solo una docena de años, comenzando con el estudio del grafeno, el carbono dispuesto en una red de panal con un grosor de un átomo”.
"Es realmente emocionante. Seguiremos teniendo avances interesantes mediante el estudio de semiconductores bidimensionales.
Referencia de la revista:
- Hoon Hahn Yoon et al. Espectrómetros miniaturizados con unión sintonizable de van der Waals. Ciencia:. DOI: 10.1126/ciencia.add8544
