Zminiaturyzowane spektrometry obliczeniowe są niezbędne do zastosowań na chipie i implantacji. Wysoce czuły pomiar spektralny przy użyciu jednego detektora pozwala na zmniejszenie śladów takich spektrometrów, jednocześnie osiągając rozdzielczość spektralną zbliżoną do systemów stacjonarnych.
Naukowcy, w tym badacz materiałowy z Oregon State University, stworzyli lepsze narzędzie do pomiaru światła. Ten postęp w spektrometrii optycznej może ulepszyć wszystko, od kamer w smartfonach po monitorowanie środowiska. W rzeczywistości naukowcy opracowali potężny, ultra malutki spektrometr, który mieści się na mikroczipie i jest obsługiwany za pomocą sztuczna inteligencja.
Do opracowania tego narzędzia naukowcy wykorzystali stosunkowo nową klasę supercienkich materiałów zwanych dwuwymiarowymi półprzewodnikami. Ostateczny wynik to weryfikacja koncepcji spektrometru, który mógłby być wyposażony w kilka technologii.
Dzięki pełnej kontroli elektrycznej nad barwami światła, które pochłania, narzędzie ma ogromny potencjał skalowalności i szerokiego zastosowania.
Ethan Minot, profesor fizyki w OSU College of Science, powiedział: „Zademonstrowaliśmy sposób budowania spektrometrów, które są znacznie bardziej miniaturowe niż te, które są zwykle używane dzisiaj. Spektrometry mierzą siłę światła przy różnych długościach fal i są bardzo przydatne w wielu gałęziach przemysłu i we wszystkich dziedzinach nauki do identyfikacji próbek i charakteryzowania materiałów”.
„Tradycyjne spektrometry wymagają nieporęcznych elementów optycznych i mechanicznych, podczas gdy nowe urządzenie może zmieścić się na końcu ludzki włos. Nowe badania sugerują, że te komponenty można zastąpić nowatorskimi materiałami półprzewodnikowymi i sztuczną inteligencją, co pozwala radykalnie zmniejszyć rozmiar spektrometrów od obecnych najmniejszych, które są mniej więcej wielkości winogrona.
Hoon Hahn Yoon, który prowadził badanie z kolegą z Aalto University, Zhipei Sun Yoon, powiedział: „Nasz spektrometr nie wymaga montażu oddzielnych elementów optycznych i mechanicznych ani konstrukcji matrycowych do rozpraszania i filtrowania światła. Co więcej, może osiągnąć wysoką rozdzielczość porównywalną z systemami stacjonarnymi, ale w znacznie mniejszej obudowie”.
Minot powiedział: „To ekscytujące, że nasz spektrometr otwiera możliwości wszelkiego rodzaju nowych gadżetów i instrumentów codziennego użytku do prowadzenia nowej nauki”.
„Na przykład w medycynie spektrometry są już testowane pod kątem ich zdolności do identyfikowania subtelnych zmian w ludzkiej tkance, takich jak różnica między guzami a zdrową tkanką. W celu monitorowania środowiska spektrometry mogą wykryć, jakiego rodzaju zanieczyszczenie jest w powietrzu, woda lub ziemia i ile ich jest”.
„Byłoby miło mieć tanie, przenośne spektrometry wykonujące tę pracę za nas. A w środowisku edukacyjnym praktyczne nauczanie pojęć naukowych byłoby bardziej efektywne dzięki niedrogim, kompaktowym spektrometrom”.
„W miarę postępu prac nad dwuwymiarowymi półprzewodnikami, szybko odkryjemy nowe sposoby wykorzystania ich nowatorskich właściwości optycznych i elektronicznych. Badania nad półprzewodnikami 2D trwają dopiero od kilkunastu lat, zaczynając od badania grafenu, węgla ułożonego w siatkę plastra miodu o grubości jednego atomu”.
"To naprawdę ekscytujące. Będziemy nadal dokonywać interesujących przełomów, badając dwuwymiarowe półprzewodniki.
Referencje czasopisma:
- Hoon Hahn Yoon i in. Zminiaturyzowane spektrometry z przestrajalnym złączem van der Waalsa. nauka, DOI: 10.1126/science.add8544
