Gli spettrometri computazionali miniaturizzati sono essenziali per le applicazioni su chip e impiantabili. La misurazione spettrale altamente sensibile utilizzando un singolo rilevatore consente di ridurre le impronte di tali spettrometri ottenendo al tempo stesso una risoluzione spettrale che si avvicina a quella dei sistemi da banco.
Scienziati, incluso un ricercatore di materiali di Oregon State University, hanno creato uno strumento migliore per misurare la luce. Questo progresso nella spettrometria ottica potrebbe migliorare qualsiasi cosa, dalle fotocamere degli smartphone al monitoraggio ambientale. In realtà, gli scienziati hanno inventato uno spettrometro potente e ultra-piccolo che si inserisce in un microchip e funziona utilizzando intelligenza artificiale.
Per sviluppare questo strumento, gli scienziati hanno utilizzato una classe relativamente nuova di materiali supersottili noti come semiconduttori bidimensionali. Il risultato finale è la prova di concetto di uno spettrometro che potrebbe essere dotato di diverse tecnologie.
Grazie al suo completo controllo elettrico sui colori della luce che assorbe, lo strumento ha un enorme potenziale di scalabilità e di ampia applicazione.
Ethan Minot, professore di fisica presso l'OSU College of Science, ha detto: “Abbiamo dimostrato un modo per costruire spettrometri molto più miniaturizzati di quelli normalmente utilizzati oggi. Spettrometri misurano l’intensità della luce a diverse lunghezze d’onda e sono estremamente utili in molti settori e in tutti i campi della scienza per identificare campioni e caratterizzare materiali”.
“Gli spettrometri tradizionali richiedono componenti ottici e meccanici ingombranti, mentre il nuovo dispositivo potrebbe essere inserito all’estremità di un Capello umano. La nuova ricerca suggerisce che tali componenti possono essere sostituiti con nuovi materiali semiconduttori e intelligenza artificiale, consentendo di ridurre drasticamente le dimensioni degli spettrometri rispetto a quelli attuali più piccoli, che hanno all’incirca le dimensioni di un acino d’uva”.
Hoon Hahn Yoon, che ha condotto lo studio con il collega dell'Università di Aalto Zhipei Sun Yoon, ha detto: “Il nostro spettrometro non richiede l’assemblaggio di componenti ottici e meccanici separati o progetti di array per disperdere e filtrare la luce. Inoltre, può raggiungere un’elevata risoluzione paragonabile ai sistemi da banco ma in un formato molto più piccolo”.
Minot ha detto: "È entusiasmante che il nostro spettrometro apra possibilità a tutti i tipi di nuovi gadget e strumenti di uso quotidiano per fare anche nuova scienza."
“In medicina, ad esempio, si sta già testando la capacità degli spettrometri di identificare sottili cambiamenti nei tessuti umani, come la differenza tra tumori e tessuti sani. Per il monitoraggio ambientale, gli spettrometri possono rilevare di che tipo l'inquinamento è nell'aria, acqua, o terra, e quanto ce n’è”.
“Sarebbe bello avere spettrometri portatili a basso costo che svolgono questo lavoro per noi. E in ambito educativo, l’insegnamento pratico dei concetti scientifici sarebbe più efficace con spettrometri compatti e poco costosi”.
“Man mano che il lavoro con i semiconduttori bidimensionali progredisce, scopriremo rapidamente nuovi modi per utilizzare le loro nuove proprietà ottiche ed elettroniche. La ricerca sui semiconduttori 2D è stata avviata seriamente solo da una dozzina di anni, a partire dallo studio del grafene, il carbonio disposto in un reticolo a nido d’ape con lo spessore di un atomo”.
“È davvero emozionante. Continueremo a fare scoperte interessanti studiando i semiconduttori bidimensionali.
Riferimento della Gazzetta:
- Hoon Hahn Yoon et al. Spettrometri miniaturizzati con giunzione di van der Waals accordabile. Scienze. DOI: 10.1126/science.add8544
