Les spectromètres informatiques miniaturisés sont essentiels pour les applications sur puce et implantables. Une mesure spectrale très sensible à l'aide d'un seul détecteur permet de réduire l'empreinte de ces spectromètres tout en atteignant une résolution spectrale proche de celle des systèmes de paillasse.
Des scientifiques, dont un chercheur en matériaux Oregon State University, ont créé un meilleur outil pour mesurer la lumière. Ces progrès dans la spectrométrie optique pourraient améliorer tout, des caméras des smartphones à la surveillance environnementale. En réalité, les scientifiques ont mis au point un spectromètre puissant et ultra-mince qui tient sur une puce électronique et fonctionne à l'aide de intelligence artificielle.
Pour développer cet outil, les scientifiques ont utilisé une classe relativement nouvelle de matériaux ultra-minces appelés semi-conducteurs bidimensionnels. Le résultat final est une preuve de concept pour un spectromètre qui pourrait être équipé de plusieurs technologies.
Grâce à son contrôle électrique complet sur les couleurs de la lumière qu’il absorbe, l’outil présente un énorme potentiel d’évolutivité et d’applications étendues.
Ethan Minot, professeur de physique à l'OSU College of Science, a déclaré : « Nous avons démontré une manière de construire des spectromètres bien plus miniatures que ceux généralement utilisés aujourd'hui. Spectromètres mesurent l’intensité de la lumière à différentes longueurs d’onde et sont extrêmement utiles dans de nombreuses industries et dans tous les domaines scientifiques pour identifier des échantillons et caractériser des matériaux.
« Les spectromètres traditionnels nécessitent des composants optiques et mécaniques volumineux, alors que le nouvel appareil pourrait tenir au bout d'un cheveux humains. La nouvelle recherche suggère que ces composants peuvent être remplacés par de nouveaux matériaux semi-conducteurs et par l’IA, ce qui permettrait de réduire considérablement la taille des spectromètres par rapport aux plus petits actuels, qui ont à peu près la taille d’un raisin.
Hoon Hahn Yoon, qui a dirigé l'étude avec son collègue de l'Université Aalto, Zhipei Sun Yoon, a déclaré : « Notre spectromètre ne nécessite pas l’assemblage de composants optiques et mécaniques séparés ou de conceptions de réseaux pour disperser et filtrer la lumière. De plus, il peut atteindre une haute résolution comparable aux systèmes de table, mais dans un boîtier beaucoup plus petit.
Minot a dit : "C'est passionnant que notre spectromètre ouvre des possibilités à toutes sortes de nouveaux gadgets et instruments du quotidien pour faire également de nouvelles sciences."
« En médecine, par exemple, les spectromètres sont déjà testés pour leur capacité à identifier des changements subtils dans les tissus humains, comme la différence entre les tumeurs et les tissus sains. Pour la surveillance environnementale, les spectromètres peuvent détecter quel type de la pollution est dans l'air, de l’eau ou du sol, et combien il y en a.
« Ce serait bien de disposer de spectromètres portables et peu coûteux qui effectueraient ce travail à notre place. Et dans le cadre éducatif, l’enseignement pratique des concepts scientifiques serait plus efficace avec des spectromètres compacts et peu coûteux.
« À mesure que les travaux sur les semi-conducteurs bidimensionnels progressent, nous découvrirons rapidement de nouvelles façons d'utiliser leurs nouvelles propriétés optiques et électroniques. La recherche sur les semi-conducteurs 2D n’est sérieuse que depuis une douzaine d’années, à commencer par l’étude du graphène, un carbone disposé dans un réseau en nid d’abeille d’une épaisseur d’un atome.
"C'est vraiment excitant. Nous continuerons à réaliser des avancées intéressantes en étudiant les semi-conducteurs bidimensionnels.
Journal de référence:
- Hoon Hahn Yoon et coll. Spectromètres miniaturisés avec une jonction van der Waals accordable. Sciences. EST CE QUE JE: 10.1126/science.add8544
