Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato uno spettrometro nel medio infrarosso più piccolo del diametro di un capello umano.
Con potenziali applicazioni che vanno dal rilevamento dei gas serra alla sicurezza dei veicoli a guida autonoma, negli ultimi anni c’è stato un grande interesse nello sviluppo di spettrometri compatti su chip. Gli spettrometri tradizionali, che misurano le informazioni spettrali della luce, sono ingombranti e costosi. Uno spettrometro su chip amplierebbe notevolmente le applicazioni e l'accessibilità del la tecnologia.
Per raggiungere questo obiettivo, un team di ricercatori negli Stati Uniti, in Israele e in Giappone ha sviluppato uno spettrometro nel medio infrarosso ultracompatto.
Il dispositivo incorpora fosforo nero (BP), un materiale che è stato a lungo al centro di uno spettrometro che opera a un intervallo di lunghezze d'onda da 2 a 9 micrometri, basato su un singolo fotorilevatore sintonizzabile. Il materiale, che ha uno spessore di circa dieci nanometri, consente agli utenti di regolare l'interazione luce-materia per catturare i diversi componenti spettrali, una chiave del successo del dispositivo. Inoltre, un algoritmo avanzato svolge un ruolo altrettanto importante in questo spettrometro, spostando in parte la complessità innata nella spettroscopia dall'hardware al software.
Con una dimensione di 9×16 micrometri quadrati, molto più piccola della sezione trasversale di un capello umano, le dimensioni dello spettrometro sono paragonabili alla lunghezza d'onda della luce che misura. Anche se fosse possibile rendere il dispositivo più piccolo, non mostrerebbe molto miglioramento, poiché la luce in condizioni normali non può essere focalizzata su un punto molto più piccolo della sua lunghezza d'onda, a causa della diffrazione.
“È molto eccitante realizzare uno spettrometro ad alte prestazioni con la massima compattezza. Il team prevede che il principio di sfruttare simultaneamente i progressi nell'hardware e nel software, come mostrato in questo lavoro, porterà ad applicazioni commerciali in medicina, agricoltura e controllo della qualità degli alimenti.
Con gli spettrometri convenzionali, la luce viene scissa dai colori che compongono lo spettro.
E a differenza degli spettrometri convenzionali, il sistema non si basa su componenti ottici avanzati come interferometri o laser a infrarossi sintonizzabili. Ciò apre la possibilità per un'estrema miniaturizzazione degli spettrometri e potrebbe consentirepatata fritta, spettroscopia nel medio infrarosso conveniente e imaging spettrale. I ricercatori notano che automobili, droni e satelliti sono spesso dotati di telecamere a infrarossi che acquisiscono immagini termiche in scala di grigi per rilevare pedoni, veicoli e altri pericoli. Questo nuovo spettrometro ha una capacità di rilevamento potenzialmente maggiore per tali potenziali minacce poiché le informazioni spettrali possono essere misurate continuamente, anche se con una risoluzione moderata. Inoltre, può essere utile anche nel telerilevamento.