Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un espectrómetro de infrarrojo medio más pequeño que el diámetro de un cabello humano.

Con aplicaciones potenciales que van desde la detección de gases de efecto invernadero hasta hacer que los vehículos autónomos sean más seguros, Ha habido un gran interés en los últimos años en desarrollar pactos, espectrómetros en chip. Espectrómetros tradicionales, que miden la información espectral de la luz, son voluminosos y costosos. Un espectrómetro en chip ampliaría enormemente las aplicaciones y la accesibilidad de la tecnología.

Hacia este objetivo, un equipo de investigadores en los EE. UU., Israel, y Japón ha desarrollado un espectrómetro de infrarrojo medio ultracompacto. El trabajo es el resultado de una colaboración entre el laboratorio de Fengnian Xia, el profesor asociado Barton L. Weller en ingeniería y ciencia en la Universidad de Yale; Profesor Doron Naveh de la Universidad Bar-Ilan, Israel; Kenji Watanabe y Takashi Taniguchi del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, Japón. Los hallazgos fueron publicados recientemente en Fotónica de la naturaleza .

El dispositivo incorpora fósforo negro (BP), un material que ha sido durante mucho tiempo un foco del laboratorio Xia, para un espectrómetro que funciona en un rango de longitud de onda de 2 a 9 micrómetros, basado en un solo fotodetector sintonizable. El material, que tiene unos diez nanómetros de espesor, permite a los usuarios ajustar la interacción luz-materia para capturar los diferentes componentes espectrales, una clave para el éxito del dispositivo. Es más, un algoritmo avanzado juega un papel igualmente importante en este espectrómetro, cambiando en parte la complejidad innata de la espectroscopia del hardware al software.

Con un tamaño de 9 × 16 micrómetros cuadrados, mucho más pequeño que la sección transversal de un cabello humano, las dimensiones del espectrómetro son comparables a la longitud de onda de la luz que mide. Incluso si fuera posible hacer el dispositivo más pequeño, no mostraría mucha mejora, Dado que la luz en condiciones normales no puede enfocarse en un punto mucho más pequeño que su longitud de onda, debido a la difracción.

"Es muy emocionante realizar un espectrómetro de tan alto rendimiento con la máxima compacidad, ", dijo el profesor Doron Naveh de la Universidad de Bar-Ilan." Esperamos que el principio de aprovechar los avances en hardware y software simultáneamente, como se muestra en este trabajo, conducirá a aplicaciones comerciales en la medicina, agricultura y control de la calidad de los alimentos ".

Con espectrómetros convencionales, la luz se divide por los colores que componen el espectro.

"Este espectrómetro muestra una ventaja sobre los espectrómetros de división de luz convencionales porque la luz no necesita dividirse en diferentes partes espacialmente, "dijo Shaofan Yuan, un doctorado estudiante en el laboratorio de Xia, y autor principal del estudio.

Y a diferencia de los espectrómetros convencionales, el sistema no se basa en componentes ópticos tan avanzados como interferómetros o láseres infrarrojos sintonizables. Eso abre la posibilidad de una miniaturización extrema de los espectrómetros y podría habilitar en chip, espectroscopia de infrarrojo medio asequible e imágenes espectrales. Los investigadores señalan que los automóviles, drones y los satélites a menudo están equipados con cámaras infrarrojas que toman imágenes térmicas en escala de grises para detectar peatones, vehículos y otros peligros. El espectrómetro del laboratorio Xia tiene una capacidad de detección potencialmente mayor para tales amenazas potenciales, ya que la información espectral se puede medir continuamente. aunque con una resolución moderada. Adicionalmente, también puede ser útil en la teledetección.