طور فريق دولي من الباحثين مطيافًا متوسطًا للأشعة تحت الحمراء أصغر من قطر شعرة الإنسان.
ومع التطبيقات المحتملة التي تتراوح بين الكشف عن الغازات الدفيئة إلى جعل المركبات ذاتية القيادة أكثر أمانًا، فقد كان هناك قدر كبير من الاهتمام في السنوات الأخيرة بتطوير أجهزة قياس الطيف المدمجة على الرقائق. أجهزة قياس الطيف التقليدية، التي تقيس المعلومات الطيفية للضوء، ضخمة ومكلفة. من شأن مقياس الطيف الموجود على الرقاقة أن يوسع بشكل كبير التطبيقات وإمكانية الوصول إليها التكنلوجيا.
لتحقيق هذا الهدف ، طور فريق من الباحثين في الولايات المتحدة وإسرائيل واليابان مطيافًا متوسط الصغر يعمل بالأشعة تحت الحمراء.
يشتمل الجهاز على مادة الفوسفور الأسود (BP) ، وهي مادة لطالما كانت محل تركيز لمقياس طيف يعمل في نطاق من 2 إلى 9 ميكرومتر من الأطوال الموجية ، بناءً على جهاز كشف ضوئي قابل للضبط. تسمح المادة ، التي يبلغ سمكها حوالي عشرة نانومتر ، للمستخدمين بضبط تفاعل المادة الضوئية لالتقاط المكونات الطيفية المختلفة - وهو مفتاح نجاح الجهاز. علاوة على ذلك ، تلعب الخوارزمية المتقدمة دورًا مهمًا بنفس القدر في مقياس الطيف هذا ، مما يؤدي جزئيًا إلى تحويل التعقيد الفطري في التحليل الطيفي من الأجهزة إلى البرامج.
بحجم 9 × 16 ميكرومتر مربع - أصغر بكثير من المقطع العرضي لشعر الإنسان - أبعاد مقياس الطيف قابلة للمقارنة مع الطول الموجي للضوء الذي يقيسه. حتى لو كان من الممكن جعل الجهاز أصغر ، فلن يظهر تحسنًا كبيرًا ، نظرًا لأن الضوء في الظروف المعتادة لا يمكن تركيزه على بقعة أصغر بكثير من طوله الموجي ، بسبب الانعراج.
"إنه لأمر مثير للغاية أن نحقق مثل هذا المقياس الطيفي عالي الأداء مع الاكتناز المطلق. يتوقع الفريق أن مبدأ الاستفادة من التقدم في الأجهزة والبرامج في وقت واحد كما هو موضح في هذا العمل سيؤدي إلى تطبيقات تجارية في الطب والزراعة ومراقبة جودة الأغذية.
باستخدام مقاييس الطيف التقليدية ، يتم تقسيم الضوء بواسطة الألوان التي يتكون منها الطيف.
وعلى عكس مقاييس الطيف التقليدية ، لا يعتمد النظام على مكونات بصرية متقدمة مثل مقاييس التداخل أو أشعة الليزر تحت الحمراء القابلة للضبط. هذا يفتح إمكانية التصغير الشديد لمقاييس الطيف ويمكن أن يؤدي إلى -رقاقة، مطيافية الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والتصوير الطيفي بتكلفة ميسورة. لاحظ الباحثون أن السيارات والطائرات بدون طيار والأقمار الصناعية غالبًا ما يتم تجهيزها بكاميرات الأشعة تحت الحمراء التي تلتقط صورًا حرارية رمادية للكشف عن المشاة والمركبات والمخاطر الأخرى. يتمتع مقياس الطيف الجديد هذا بقدرة اكتشاف أعلى محتملة لمثل هذه التهديدات المحتملة حيث يمكن قياس المعلومات الطيفية باستمرار ، وإن كان ذلك بدقة معتدلة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون مفيدًا أيضًا في الاستشعار عن بعد.