Un equipo de físicos de la UO ha desarrollado una nueva forma de medir la luz:usar tambores microscópicos para escuchar la luz.

La tecnología del Laboratorio Alemán, conocido como "bolómetro nanomecánico de grafeno, "aprovecha un nuevo método y material prometedor para detectar casi todos los colores de luz a altas velocidades y altas temperaturas.

"Esta herramienta es la más rápida y sensible de su clase, "dijo Benjamín Alemán, profesor de física y miembro del Centro de Óptica de la UO, Molecular, y Quantum Science y un asociado del Phil and Penny Knight Campus para Acelerar el Impacto Científico.

El dispositivo ofrece una alternativa a la forma convencional de utilizar la electricidad para medir la luz, como se encuentra en dispositivos como la cámara de un teléfono inteligente. En lugar de, este método mecánico captura las vibraciones de tambores infinitesimalmente delgados que son causadas por la luz. Los físicos obtienen medidas escuchando el sonido de la luz absorbida por el parche.

La forma en que funciona la tecnología es similar al efecto de golpear un tambor en un día caluroso. A medida que el instrumento se calienta bajo el sol abrasador, la membrana del parche se expandirá y su tono cambiará, emitiendo un tono diferente al que emitiría a temperaturas más frías.

Las ondas de luz hacen lo mismo con los bolómetros mecánicos. Cuando la luz golpea el parche del tambor del dispositivo, la membrana se calienta, se expande, y el tono vibratorio cambia. Los físicos pueden rastrear estos cambios de tono para medir cuánta luz llega al dispositivo.

"Esta es una forma muy nueva de detectar la luz, "dijo David Miller, estudiante de doctorado en el Laboratorio Alemán. "Estamos usando un método puramente mecánico para convertir la luz en sonido. Esto tiene la ventaja de poder ver un rango de luz mucho más amplio".

Continúa explicando que los detectores convencionales son muy fiables para leer luz de alta energía, como luz visible o rayos X, pero menos hábil para medir las longitudes de onda más largas en el espectro electromagnético, incluyendo infrarrojos y ondas de radio. El dispositivo mecánico llena ese vacío y permite a los físicos detectar luz de casi cualquier longitud de onda, que podría ser especialmente útil en observaciones astronómicas, imágenes corporales térmicas y médicas y visión profunda en el infrarrojo.

El equipo construyó el dispositivo estirando primero una delgada hoja de átomos sobre un agujero grabado en una pieza de silicio. Luego, utilizando una técnica desarrollada previamente en el laboratorio, cortan la sábana para que parezca un trampolín, realmente, trampolín realmente pequeño.

El dispositivo tiene una décima parte del ancho de un cabello humano, mientras que el material utilizado para el trampolín es aún más pequeño:un solo átomo de espesor, aproximadamente un millón de veces más delgado que el mismo mechón de cabello.

"Este sistema utiliza grafeno, que es solo una capa de átomos. Es tan pequeño como puede ser ", dijo Andrew Blaikie, otro estudiante de doctorado en el Laboratorio Alemán y autor principal del artículo, que fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza esta semana.

Grafeno un material descubierto en 2004, es el ingrediente clave para el éxito de la tecnología. Es un pequeño, pero poderoso, material. Aunque es el material más delgado posible, el grafeno es 200 veces más fuerte que el acero y extraordinariamente flexible. Su descubridor incluso ganó el Premio Nobel de Física en 2010 por su potencial para revolucionar la física y la ingeniería.

Las propiedades mecánicas del grafeno permiten que el material responda a los cambios de temperatura increíblemente rápido, lo que le permite medir la luz a velocidades igualmente rápidas.

"El grafeno ofrecía una perspectiva tentadora para la detección de luz ultrasensible y ultrarrápida, ", Dijo Blaikie." También posee una capacidad incomparable para medir casi cualquier longitud de onda de luz y puede soportar temperaturas mucho más altas que los detectores convencionales ".

El equipo de físicos pudo aprovechar los poderes del grafeno a través de su enfoque mecánico para medir la luz. Mientras está lleno de potencial para la detección de luz, el material se ha desempeñado mal a través de los métodos tradicionales de uso de resistencia eléctrica para medir la luz, principalmente debido a su necesidad de ser refrigerado a temperaturas ultrabajas para ser útil en detectores convencionales.

Cuando se dieron cuenta de que podían convertir la luz en sonido a través de su método mecánico, pudieron desbloquear las perspectivas del grafeno y crear lo ultrarrápido, dispositivo ultrasensible que sobresale en, y muy arriba, temperatura ambiente.

Su capacidad para funcionar en un rango de temperaturas tan amplio es una de las cualidades más ventajosas del dispositivo cuando se trata de medir la luz. Blaikie explicó. Puede funcionar a temperatura ambiente, que permite una portabilidad crítica, y puede funcionar a altas temperaturas, que es un beneficio que los detectores de luz tradicionales no ofrecen, ya que muchos de ellos fallarán en lo que se conoce como "efecto de quemaduras solares, "cuando comienzan a descomponerse a medida que aumentan las temperaturas.

"El grafeno es un material térmicamente estable que puede soportar temperaturas superiores a 2, 000 grados Celsius, "Dijo Blaikie.

Su versatilidad y naturaleza ultrasensible posicionan al bolómetro nanomecánico como una herramienta útil en muchos campos de la ciencia. medicamento, fabricación industrial y astronomía. El Laboratorio Alemán tiene una patente pendiente para la tecnología.

"Esperamos que este dispositivo ayude a los científicos a descifrar los misterios de nuestro sol y otras estrellas, mejorar los diagnósticos médicos a través de imágenes de rayos X térmicos más seguras, y ayudar a los bomberos a ver mejor en los incendios para salvar más vidas, "Dijo Alemán.