Espectrômetros computacionais miniaturizados são essenciais para aplicações on-chip e implantáveis. A medição espectral altamente sensível usando um único detector permite que as dimensões de tais espectrômetros sejam reduzidas enquanto se alcança uma resolução espectral que se aproxima da dos sistemas de bancada.
Cientistas, incluindo um pesquisador de materiais da Universidade do Estado de Oregon, criaram uma ferramenta melhor para medir a luz. Este avanço na espectrometria óptica pode melhorar tudo, desde câmeras de smartphones até monitoramento ambiental. Na verdade, os cientistas criaram um espectrômetro poderoso e ultraminúsculo que cabe em um microchip e é operado usando inteligência artificial.
Para desenvolver esta ferramenta, os cientistas usaram uma classe comparativamente nova de materiais superfinos conhecidos como semicondutores bidimensionais. O resultado final é uma prova de conceito de um espectrômetro que pode ser equipado com diversas tecnologias.
Devido ao seu controle elétrico completo sobre as cores da luz que absorve, a ferramenta tem um enorme potencial de escalabilidade e ampla aplicação.
Ethan Minot, professor de física da OSU College of Science, disse: “Demonstramos uma maneira de construir espectrômetros que são muito mais miniaturas do que os normalmente usados hoje. Espectrômetros medem a intensidade da luz em diferentes comprimentos de onda e são muito úteis em muitas indústrias e em todos os campos da ciência para identificar amostras e caracterizar materiais.”
“Os espectrômetros tradicionais requerem componentes ópticos e mecânicos volumosos, enquanto o novo dispositivo poderia caber na extremidade de um cabelo humano. A nova pesquisa sugere que esses componentes podem ser substituídos por novos materiais semicondutores e IA, permitindo que o tamanho dos espectrômetros seja drasticamente reduzido em relação aos menores atuais, que têm aproximadamente o tamanho de uma uva.”
Hoon Hahn Yoon, que liderou o estudo com o colega da Universidade Aalto, Zhipei Sun Yoon, disse: “Nosso espectrômetro não requer a montagem de componentes ópticos e mecânicos separados ou projetos de matriz para dispersar e filtrar a luz. Além disso, pode atingir uma alta resolução comparável aos sistemas de bancada, mas num pacote muito menor.”
Minot disse: “É emocionante que nosso espectrômetro abra possibilidades para todos os tipos de novos dispositivos e instrumentos do dia a dia também fazerem nova ciência.”
“Na medicina, por exemplo, os espectrômetros já estão sendo testados quanto à sua capacidade de identificar alterações sutis no tecido humano, como a diferença entre tumores e tecidos saudáveis. Para monitoramento ambiental, os espectrômetros podem detectar que tipo de a poluição está no ar, água ou solo, e quanto existe.”
“Seria bom ter espectrômetros portáteis de baixo custo fazendo esse trabalho para nós. E no ambiente educacional, o ensino prático de conceitos científicos seria mais eficaz com espectrômetros compactos e baratos.”
“À medida que o trabalho com semicondutores bidimensionais avança, descobriremos rapidamente novas maneiras de usar suas novas propriedades ópticas e eletrônicas. A pesquisa em semicondutores 2D tem sido séria há apenas uma dúzia de anos, começando com o estudo do grafeno, carbono organizado em uma rede de favo de mel com a espessura de um átomo.”
“É realmente emocionante. Continuaremos a ter avanços interessantes no estudo de semicondutores bidimensionais.
Jornal de referência:
- Hoon Hahn Yoon et al. Espectrômetros miniaturizados com junção van der Waals sintonizável. Ciência. DOI: 10.1126/science.add8544
