Sci-fi в джоба ви: малък сензор превръща смартфона в спектрометър

Група американски изследователи са създали миниатюрно спектрометрично устройство, с размер само няколко милиметра, което потенциално би могло да бъде инсталирано в смартфон.

Миниатюрният фотодетектор на устройството променя светлочувствителността си чрез промяна на напрежението. Той точно записва дължините на вълните на светлината в широк диапазон — от ултравиолетова до инфрачервена светлина. Това отваря пътя за създаването на компактни, преносими спектроскопски инструменти и спектрометри с висока резолюция, изградени около миниатюрни сензори. 

„Спектрометрите са основни инструменти, които ни помагат да разберем химичните и физичните свойства на различни материали въз основа на това как светлината се променя, когато взаимодейства с тях. Те се използват в най-различни приложения — от производството до биомедицинската диагностика. Въпреки това, дори най-малките спектрометри на пазара са все още доста обемисти. Създадохме спектрометър, който работи бързо, при ниско напрежение и е чувствителен към широк диапазон от светлина. Нашият демонстрационен прототип е с размер само няколко квадратни милиметра — ще се побере на вашия телефон. Ако желаете, може да бъде малък колкото пиксел“ — обяснява съавторът на изследването Брендън О’Конър, професор в катедрата по машинно и аерокосмическо инженерство в Държавния университет на Северна Каролина. 

Иновативната конструкция съдържа малък фотодетектор, който реагира на различните дължини на вълните, след като те взаимодействат с даден материал. Чрез регулиране на напрежението, приложено към фотодетектора, изследователите могат да контролират към кои дължини на вълните е най-чувствителен. 

„Чрез бързо прилагане на диапазон от напрежения към фотодетектор и измерване на всички дължини на вълните на светлината, засечени при всяко напрежение, ще се получат достатъчно данни, за да може една проста компютърна програма да възпроизведе точния подпис на светлината, преминаваща през или отразена от целевия материал. Диапазонът на напрежението е по-малък от един волт и целият процес може да отнеме по-малко от милисекунда“ — добавя Брендън О’Конър. 

Предишни опити за създаване на миниатюрен фотодетектор разчитаха на сложна оптика, високи напрежения и не бяха толкова чувствителни към широк диапазон от дължини на вълните. В хода на проверовъчните тестове, изследователите са установили, че техният спектрометър с размер на пиксел е толкова точен, колкото конвенционален спектрометър, и има чувствителност, сравнима с тази на търговските фотодетектори.

Сега изследователите планират да пуснат своите спектрометри на пазара за търговска употреба. Както отбелязва О’Конър, размерът и консумацията на енергия на устройството позволяват то да бъде интегрирано в смартфони. 

Резултатите от изследването са публикувани в списание Device.

Припомняме, че учени от САЩ ускориха транзисторите, заобикаляйки законите на физиката. Това е станало възможно чрез прилагане на физично явление, наречено отрицателен капацитет. Получава се под въздействието на външно електрическо поле, при което кристалната структура на сегнетоелектриците променя поляризацията си, което спомага за създаване на енергонезависима памет от типа FeRAM.