Monivärinen valonlähde antaa puristusspektroskopialle lisäpotkua

USA:n tutkijat ovat paljastaneet puolijohdeelektroniikkalaitteen, joka tuottaa aikamoduloitua valoa viritettävillä aallonpituuksilla. Laitteen mahdollisia käyttökohteita ovat puristusspektroskopia, joka on paljon helpompi suorittaa laboratorion ulkopuolella kuin perinteinen spektroskopia.

Perinteisesti laitteet, kuten optiset spektrometrit, käyttävät yhtä laajakaistaista valonlähdettä näytteen valaisemiseen, ennen kuin ne käyttävät diffraktiohilaa tai muita optisia laitteita emittoidun tai absorboituneen valon mittaamiseen sen aallonpituuden funktiona. Tämän skaalaaminen mikromittakaavaan on mahdollista käyttämällä tekniikoita, kuten kolloidisia kvanttipistesuodattimia, mutta nämä vaativat sopivan laajakaistaisen valonlähteen. Nämä ovat myös passiivisia ilmaisimia, mikä tarkoittaa, että ne tuottavat signaalin, jota voi olla vaikea erottaa ympäröivästä valosta.

Vaihtoehtoinen lähestymistapa, joka välttää spektriherkän mittauksen tarpeen, on vaihdella valaisevan valon aallonpituutta.

Vivian Wang Kalifornian yliopiston Berkeleyssä selittää periaatetta: "Oletetaan, että sinulla on omena tai jotain, joka näyttää tietyltä silmältäsi: kuinka luonnehdit sen kvantitatiivisesti? Voit loistaa lähteen, joka sisältää hyvin laajan aallonpituuksien alueen, ja mitata sitten takaisin tulevat aallonpituudet spektrometrillä, tai voit loistaa eri värisiä valoa kohteeseen ja mitata sitten takaisin heijastuneen valon kokonaismäärä. yhden pisteen ilmaisin jokaiselle näistä väreistä."

Lukituksen tunnistus

Eräs jälkimmäisen lähestymistavan etu on, että tulevan säteilyn aallonpituutta ja/tai intensiteettiä voidaan moduloida säädetyllä taajuudella, jolloin havaitussa valossa oleva signaali on helppo erottaa kohinasta. "Kun sinulla on jotain, joka on luonnostaan ​​pulssimainen, voit havaita valon säteilyn käyttämällä jotain, jota kutsutaan lukitustunnistukseksi", Wang selittää.

Useiden LEDien valmistaminen samalle sirulle voi olla vaikeaa tai jopa mahdotonta, mikä rajoittaisi sisällytettävien eri aallonpituuksien määrää. Vuonna 2020 kuitenkin Wang ja UC Berkeley kollegat johtivat Ali Javey oli tehnyt yllättävän löydön.

"Olimme leikkineet kaksiulotteisten puolijohtavien materiaalien kanssa ja huomasimme, että kun laitimme ne piikiekkojen kondensaattorien päälle, ne säteilevät valoa sähköisen virityksen vaikutuksesta", Wang sanoo. "Huomasimme, että voimme saada sähkökäyttöisiä päästöjä myös muista materiaaleista käyttämällä pulssiohjattuja kondensaattoreita... Syy, miksi tämä toimii, on todella monimutkainen, ja se on kuvattu joissakin aiemmissa papereissamme."

Nyt tiimi on ottanut tämän innovaation tärkeän askeleen kohti todellista suunnittelusovellusta. He asensivat johtavien hiilinanoputkiverkkojen verkoston, joista jokaisella oli oma virtasyöttö, piidioksidikerroksen päälle, joka vuorostaan ​​asetettiin seostetun piikerroksen päälle. Näihin hiilinanoputkiverkkoihin he kerrostivat 49 erilaista elektroluminesenssimateriaalia kadmiumselenidikvanttipisteistä orgaanisten LEDien aktiivisiin materiaaleihin. Kun he liittivät sirun vaihtovirtavirtalähteeseen, he pystyivät tuottamaan moniväristä valoa säädettävillä aallonpituuksilla, koska minkä tahansa yksittäisen kondensaattorin lataaminen saisi yläpuolella olevan emitterin syttymään.

Pakkaava tietokonealgoritmi

"Jos haluamme luoda erilaisia ​​valoyhdistelmiä, voimme kytkeä päälle eri laitteiden yhdistelmiä samanaikaisesti", Wang sanoo. Tämän jälkeen tutkijat käyttävät kompressiivista tietokonealgoritmia arvioidakseen koko heijastusspektrin kunkin pulssin heijastusten antamien tietojen perusteella.

Spektroskopian lisäksi tutkijat sanovat, että laitteella on potentiaalisia sovelluksia muilla aloilla, kuten mikroskoopilla. Tiimi työskentelee nyt tehdäkseen joukostaan ​​kaupallisesti elinkelpoisen.

Kuvausspektrometri laihtuu

"Olemme osoittaneet mielenkiintoisia mahdollisuuksia tälle laiterakenteelle, kuten uusien esimerkkien tekeminen spektrimittauksista, mutta tällä hetkellä yritämme parantaa näiden laitteiden suorituskykyä – kuten kirkkautta, tehokkuutta ja vakautta", Wang sanoo.

Taulukko on kuvattu paperissa in Tiede ennakot.

"Tämä on erittäin mielenkiintoinen paperi ja mahdollisesti erittäin tärkeä", sanoo Zongfu Yu Wisconsin-Madisonin yliopistosta; "Ne ratkaisevat joitain perinteisen [spektritunnistuksen] menetelmän ongelmista, joissa tarvitaan tilaa vievää instrumenttia viritettävänä valonlähteenä. Yu ja eräs kollega ehdottivat alun perin ajatusta kompressiivisesta anturista jo vuonna 2014: "Se herätti valtavaa kiinnostusta teollisuudessa, mutta meillä ei ollut aavistustakaan siitä, kuinka toteutamme valonlähteen tuolloin", hän sanoo. "Myöhemmin teimme töitä kiinteän valonlähteen kanssa suodattimia käyttäen, mutta ennen kuin luin tämän artikkelin eilen, minulla ei ollut aavistustakaan, kuinka ihmiset voivat toteuttaa viritettävän valonlähteen, jolla on niin monipuolinen spektrialue."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/multicoloured-light-source-gives-compressive-spectroscopy-a-boost/