Miniatyriserade beräkningsspektrometrar är viktiga för on-chip och implanterbara applikationer. Mycket känslig spektral mätning med en enda detektor gör att fotavtrycken från sådana spektrometrar kan skalas ner samtidigt som man uppnår en spektral upplösning som närmar sig den för bänksystem.
Forskare, inklusive en materialforskare från Oregon State University, har skapat ett bättre verktyg för att mäta ljus. Detta framsteg inom optisk spektrometri kan förbättra allt från smartphonekameror till miljöövervakning. I själva verket kom forskare med en kraftfull, ultraliten spektrometer som passar på ett mikrochip och som drivs med artificiell intelligens.
För att utveckla detta verktyg använde forskare en jämförelsevis ny klass av supertunna material som kallas tvådimensionella halvledare. Slutresultatet är proof of concept för en spektrometer som skulle kunna utrustas med flera tekniker.
Tack vare sin fullständiga elektriska kontroll över ljusets färger det absorberar, har verktyget en enorm potential för skalbarhet och omfattande tillämpning.
Ethan Minot, professor i fysik vid OSU College of Science, sa: "Vi har visat ett sätt att bygga spektrometrar som är mycket mer miniatyrer än vad som vanligtvis används idag. spektrometrar mät styrkan på ljuset vid olika våglängder och är superanvändbara i många industrier och alla vetenskapsområden för att identifiera prover och karakterisera material."
"Traditionella spektrometrar kräver skrymmande optiska och mekaniska komponenter, medan den nya enheten kan passa på änden av en mänskligt hår. Den nya forskningen tyder på att dessa komponenter kan ersättas med nya halvledarmaterial och AI, vilket gör att spektrometrar kan skalas ner dramatiskt i storlek från de nuvarande minsta, som är ungefär lika stora som en druva."
Hoon Hahn Yoon, som ledde studien med Aalto-universitetets kollega Zhipei Sun Yoon sa, "Vår spektrometer kräver inte att vi monterar separata optiska och mekaniska komponenter eller arraydesigner för att sprida och filtrera ljus. Dessutom kan den uppnå en hög upplösning jämförbar med bänksystem men i ett mycket mindre paket."
Minot sa, "Det är spännande att vår spektrometer öppnar möjligheter för alla möjliga nya vardagliga prylar och instrument att göra ny vetenskap också."
"Inom medicin, till exempel, testas spektrometrar redan för deras förmåga att identifiera subtila förändringar i mänsklig vävnad, som skillnaden mellan tumörer och frisk vävnad. För miljöövervakning kan spektrometrar upptäcka vilken typ av föroreningar finns i luften, vatten eller mark, och hur mycket det finns.”
"Det skulle vara trevligt att ha billiga, bärbara spektrometrar som gör det här arbetet åt oss. Och i utbildningsmiljön skulle praktisk undervisning i naturvetenskapliga begrepp vara effektivare med billiga, kompakta spektrometrar.”
"I takt med att arbetet med tvådimensionella halvledare fortskrider kommer vi snabbt att upptäcka nya sätt att använda deras nya optiska och elektroniska egenskaper. Forskning om 2D-halvledare har varit på allvar i bara ett dussin år, och började med studiet av grafen, kol arrangerat i ett bikakegitter med en tjocklek på en atom."
"Det är riktigt spännande. Vi kommer att fortsätta att ha intressanta genombrott genom att studera tvådimensionella halvledare.
Tidskriftsreferens:
- Hoon Hahn Yoon et al. Miniatyriserade spektrometrar med en avstämbar van der Waals-korsning. Vetenskap. DOI: 10.1126/science.add8544
