Mitmevärviline valgusallikas annab survespektroskoopiale tõuke

USA teadlased on avalikustanud tahkiselektroonilise seadme massiivi, mis toodab häälestatavatel lainepikkustel ajamoduleeritud valgust. Seadme võimalikud kasutusalad hõlmavad survespektroskoopiat, mida on väljaspool laborit palju lihtsam teostada kui tavalist spektroskoopiat.

Traditsiooniliselt kasutavad seadmed, nagu optilised spektromeetrid, proovi valgustamiseks üht lairiba valgusallikat enne difraktsioonvõrede või muude optiliste seadmete kasutamist, et mõõta kiiratud või neeldunud valgust selle lainepikkuse funktsioonina. Selle vähendamine mikroskaalale on võimalik selliste tehnikate nagu kolloidsete kvantpunktfiltrite abil, kuid need nõuavad sobivat lairiba valgusallikat. Samuti on need passiivsed detektorid, mis tähendab, et nad toodavad signaali, mida võib olla raske ümbritsevast valgusest eraldada.

Alternatiivne lähenemisviis, mis välistab vajaduse spektritundliku mõõtmise järele, on valgustava valguse lainepikkuse muutmine.

Vivian Wang California Berkeley ülikoolis selgitab põhimõtet: „Oletame, et teil on õun või midagi, mis näeb teie silmale teatud värvi: kuidas te seda kvantitatiivselt iseloomustate? Võite valgustada objektile allika, mis sisaldab väga laia lainepikkuste vahemikku ja seejärel mõõta spektromeetriga tagasitulevaid lainepikkusi või valgustada objektile erinevat värvi valgust ja seejärel mõõta kogu valgust, mis peegeldub tagasi objektile. ühe punkti detektor iga nende värvide jaoks.

Lukustatuse tuvastamine

Viimase lähenemisviisi üheks eeliseks on see, et langeva kiirguse lainepikkust ja/või intensiivsust saab reguleeritud sagedusel moduleerida, nii et tuvastatud valguses olevat signaali on lihtne mürast eraldada. "Kui teil on midagi, mis on sisemiselt impulss, saate valguse emissiooni tuvastada, kasutades midagi, mida nimetatakse lukustuse tuvastamiseks, " selgitab Wang.

Mitme LED-i valmistamine samal kiibil võib olla keeruline või isegi võimatu, mis piiraks kaasatavate erinevate lainepikkuste arvu. 2020. aastal aga Wang ja UC Berkeley kolleegid eesotsas Ali Javey tegi üllatava avastuse.

"Olime kahemõõtmeliste pooljuhtmaterjalidega mänginud ja avastasime, et kui panime need räniplaatidele kondensaatorite peale, kiirgavad need elektrilise ergastusega valgust," ütleb Wang. "Leidsime, et impulsskondensaatorite abil saame ka teistest materjalidest elektriliselt juhitud emissiooni... Põhjus, miks see töötab, on tõesti keeruline ja seda on kirjeldatud mõnes meie varasemas artiklis."

Nüüd on meeskond astunud selle uuenduse olulise sammu tõelise insenerirakenduse suunas. Nad paigaldasid ränidioksiidi kihi peale juhtivate süsinik-nanotorude võrkude, millest igaühel oli oma voolusisend, võre, mis omakorda asetati legeeritud räni kihile. Nendesse süsinik-nanotoruvõrkudesse paigutasid nad 49 erinevat elektroluminestseeruvat materjali, alates kaadmiumseleniidi kvantpunktidest kuni orgaaniliste LED-ide aktiivsete materjalideni. Kui nad ühendasid kiibi vahelduvvoolu toiteallikaga, võisid nad toota häälestatavate lainepikkustega mitmevärvilist valgust, sest iga üksiku kondensaatori laadimine põhjustaks ülemise emitteri süttimise.

Kompresseeriv arvutialgoritm

"Kui tahame luua erinevaid valguse kombinatsioone, saame korraga sisse lülitada erinevad seadmete kombinatsioonid," ütleb Wang. Seejärel kasutavad teadlased kompressiivset arvutialgoritmi, et hinnata täielikku peegeldusspektrit, tuginedes iga impulsi peegeldustest saadud teabele.

Lisaks spektroskoopiale on teadlaste sõnul seadmel potentsiaalseid rakendusi ka muudes valdkondades, näiteks mikroskoopias. Meeskond töötab nüüd selle nimel, et muuta nende massiiv äriliselt elujõuliseks.

Pildispektromeeter saleneb

"Oleme näidanud selle seadme struktuuri jaoks mõnda huvitavat võimalust, nagu näiteks spektraalmõõtmise uute näidete loomine, kuid praegu püüame parandada nende seadmete jõudlust, näiteks heledust, tõhusust ja stabiilsust," ütleb Wang.

Massiivi kirjeldatakse artiklis Teadus ettemaksed.

"See on väga huvitav paber ja potentsiaalselt väga oluline, " ütleb Zongfu Yu Wisconsini-Madisoni ülikoolist; "Nad lahendavad mõned traditsioonilise [spektraalsensori] meetodi probleemid, kus häälestatava valgusallikana on vaja mahukat instrumenti. Yu ja üks kolleeg pakkusid 2014. aastal kompressiivse sensori idee alguses välja: „See tekitas tööstuses tohutut huvi, kuid meil polnud tol ajal õrna aimugi, kuidas valgusallikat realiseerida,” ütleb ta. "Hiljem tegime tööd fikseeritud valgusallikaga, kasutades filtreid, kuid enne, kui ma eile seda artiklit lugesin, polnud mul aimugi, kuidas inimesed saavad nii mitmekesise spektrivahemikuga häälestatavat valgusallikat realiseerida."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoAiStream. Web3 andmete luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
• Ostke ja müüge IPO-eelsete ettevõtete aktsiaid koos PREIPO®-ga. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/multicoloured-light-source-gives-compressive-spectroscopy-a-boost/