| www.popsci.com

Створено мініатюрний квантовий спектрометр, який можна вбудовувати в смартфон або комп’ютер

Спектрометр є одним з найбільш поширених наукових інструментів. Його високочутливі сенсори вимірюють властивості світла, випромінюваного або відбиваного від поверхні досліджуваного об’єкта. Аналіз отриманих спектральних даних дозволяє вченим визначити склад матеріалу як чогось на лабораторному столі, так і склад матеріалу зірки, сяючою далеко в глибинах космосу. Спектрометри в більшості випадків є громіздкими установками, які можна використовувати тільки в лабораторних умовах, але вчені з Массачусетського технологічного інституту створили мініатюрний спектрометр, габарити якого дозволяють вбудувати такий пристрій навіть в смартфон.

Такий рівень мініатюризації був досягнутий за рахунок використання так званих квантових точок, а поєднання всього цього з обчислювальною потужністю сучасних смартфонів дозволить людям виробляти експрес-аналіз на деякі види захворювань, проводити дослідження зразків різних матеріалів, ідентифікувати деякі види забруднень навколишнього середовища і багато іншого.

Спектрометр працює, розкладаючи світло, що потрапляє на його датчик по довжинах хвиль цього світла. Найперші спектрометри використовували примітивні призми, що дозволяють побачити тільки картину спектральних ліній, а більш сучасні пристрої визначають ще й інші характеристики світла для кожної окремої лінії, такі, як інтенсивність і рівень поляризації.

Ключем до мініатюризації спектрометра стали квантові точки. Це нанокристали, що складаються з комбінації різних металів та інших хімічних елементів. Кожна квантова точка поглинає світло лише строго певної довжини хвилі і ця довжина хвилі залежить як від складу матеріалу, так і від форми і розмірів нанокристалів квантової точки. Коли тонка плівка з нанесеною на її поверхню матрицею різних квантових точок прикладається до датчика звичайної камери, то алгоритм спеціального додатка смартфона може розшифрувати дані параметрів світла, зареєстрованому датчиком камери. Це, в свою чергу, дозволяє обчислити склад матеріалу і деякі інші властивості об’єкта, випромінюючи або відобразившего світло.

Мініатюрний спектрометр-камера

Дослідний зразок такої камери-спектрометра містив матрицю з 195 квантових точок. Проведені випробування показали, що роздільна здатність такого пристрою лише трохи нижче роздільної здатності великих лабораторних спектрометрів, і її достатньо для виконання більшості базових функцій цього пристрою.

Матриці квантових точок друкуються на тонкопленочной основі за допомогою досить поширених технологічних методів, таким чином, вартість кожного мініатюрного спектрометра не перевищуватиме декількох доларів. І, незважаючи на те, що дослідники збираються найближчим часом ще здешевити технології виготовлення подібних приладів, не варто очікувати того, що через рік або два всі смартфони будуть ними обладнуватися.

"У нас ще є достатньо простору для подальшої модернізації нашого пристрою Але навіть на стадії дослідного зразка наш спектрометр не поступається за характеристиками деяким лабораторним установкам, які коштують божевільних грошей." - Розповідає Джі Бао, провідний дослідник, - "Ми вважаємо, що наш пристрій , що майже готовий до практичного застосування, спочатку знайде використання в портативному науковому обладнанні, і лише потім можуть бути випущені моделі смартфонів і комп’ютерів, обладнані спектрометрами, які будуть орієнтовані на вчених-фізиків, біологів, медиків та інших, яким потрібне проведення періодичних експрес- аналізів ".

Рекомендувати цей матеріал
X




забув пароль

реєстрація

X

X

надіслати мені новий пароль