Миниатюрные вычислительные спектрометры необходимы для встроенных и имплантируемых приложений. Высокочувствительное спектральное измерение с использованием одного детектора позволяет уменьшить занимаемую площадь таких спектрометров, одновременно достигая спектрального разрешения, приближающегося к разрешению настольных систем.
Ученые, в том числе исследователь материалов из Университет штата Орегон, создали лучший инструмент для измерения света. Этот прогресс в оптической спектрометрии может улучшить что угодно: от камер смартфонов до мониторинга окружающей среды. На самом деле учёные создали мощный, ультра-миниатюрный спектрометр, который помещается на микрочипе и работает с помощью искусственный интеллект.
Для разработки этого инструмента ученые использовали сравнительно новый класс сверхтонких материалов, известных как двумерные полупроводники. Конечным результатом является подтверждение концепции спектрометра, который может быть оснащен несколькими технологиями.
Благодаря полному электрическому контролю над цветами поглощаемого им света, этот инструмент имеет огромный потенциал масштабируемости и широкого применения.
Итан Майнот, профессор физики Колледжа наук ОГУ, сказал: «Мы продемонстрировали способ создания спектрометров, которые намного миниатюрнее тех, которые обычно используются сегодня. Спектрометры измеряют силу света на разных длинах волн и очень полезны во многих отраслях промышленности и всех областях науки для идентификации образцов и определения характеристик материалов».
«Традиционные спектрометры требуют громоздких оптических и механических компонентов, тогда как новое устройство может поместиться на конце человеческая прическа. Новое исследование предполагает, что эти компоненты могут быть заменены новыми полупроводниковыми материалами и искусственным интеллектом, что позволит значительно уменьшить размер спектрометров по сравнению с самыми маленькими из них, размером с виноградину».
Хун Хан Юн, который руководил исследованием вместе с коллегой из Университета Аалто Жипей Сун Юн, сказал: «Наш спектрометр не требует сборки отдельных оптических и механических компонентов или матриц для рассеивания и фильтрации света. Более того, он может достичь высокого разрешения, сравнимого с настольными системами, но в гораздо меньшем корпусе».
Минот сказал: «Приятно, что наш спектрометр открывает возможности для всевозможных новых повседневных гаджетов и инструментов, которые также помогут заниматься новой наукой».
«В медицине, например, спектрометры уже тестируются на способность выявлять тонкие изменения в тканях человека, например, разницу между опухолями и здоровыми тканями. Для мониторинга окружающей среды спектрометры могут обнаружить, какие виды загрязнение в воздухе, вода или земля, и сколько их».
«Было бы неплохо иметь недорогие портативные спектрометры, выполняющие эту работу за нас. А в образовательных учреждениях практическое преподавание научных концепций было бы более эффективным с помощью недорогих компактных спектрометров».
«По мере развития работы с двумерными полупроводниками мы быстро откроем новые способы использования их новых оптических и электронных свойств. Исследования 2D-полупроводников ведутся всерьез всего лишь дюжину лет, начиная с изучения графена, углерода, расположенного в сотовой решетке толщиной в один атом».
«Это действительно интересно. Мы продолжим делать интересные открытия, изучая двумерные полупроводники.
Справочник журнала:
- Хун Хан Юн и др. Миниатюрные спектрометры с перестраиваемым переходом Ван-дер-Ваальса. Наука, DOI: 10.1126/наука.add8544
