Uma equipe internacional de pesquisadores desenvolveu um espectrômetro de infravermelho médio menor que o diâmetro de um fio de cabelo humano.
Com aplicações potenciais que vão desde a detecção de gases de efeito estufa até tornar os veículos autônomos mais seguros, tem havido um grande interesse nos últimos anos no desenvolvimento de espectrômetros compactos e integrados no chip. Os espectrômetros tradicionais, que medem a informação espectral da luz, são volumosos e caros. Um espectrômetro no chip expandiria enormemente as aplicações e a acessibilidade do tecnologia.
Para atingir esse objetivo, uma equipe de pesquisadores nos Estados Unidos, Israel e Japão desenvolveu um espectrômetro ultracompacto no infravermelho médio.
O dispositivo incorpora fósforo preto (BP), um material que há muito é o foco de um espectrômetro que opera na faixa de comprimento de onda de 2 a 9 micrômetros, com base em um único fotodetector sintonizável. O material, que tem cerca de dez nanômetros de espessura, permite que os usuários sintonizem a interação luz-matéria para capturar os diferentes componentes espectrais - uma chave para o sucesso do dispositivo. Além disso, um algoritmo avançado desempenha um papel igualmente importante neste espectrômetro, mudando parcialmente a complexidade inata da espectroscopia de hardware para software.
Com um tamanho de 9 × 16 micrômetros quadrados - muito menor do que a seção transversal de um cabelo humano - as dimensões do espectrômetro são comparáveis ao comprimento de onda da luz que ele mede. Mesmo que fosse possível tornar o dispositivo menor, ele não apresentaria muita melhora, já que a luz em condições usuais não pode ser focada em um ponto muito menor que seu comprimento de onda, devido à difração.
“É muito emocionante realizar um espectrômetro de alto desempenho com a compactação final. A equipe espera que o princípio de alavancar avanços em hardware e software simultaneamente, conforme mostrado neste trabalho, leve a aplicações comerciais em medicina, agricultura e controle de qualidade de alimentos.
Com espectrômetros convencionais, a luz é dividida pelas cores que compõem o espectro.
E, ao contrário dos espectrômetros convencionais, o sistema não depende de componentes ópticos avançados, como interferômetros ou lasers infravermelhos ajustáveis. Isso abre a possibilidade de uma miniaturização extrema de espectrômetros e pode permitirlasca, espectroscopia de infravermelho médio acessível e imagens espectrais. Os pesquisadores observam que automóveis, drones e satélites são frequentemente equipados com câmeras infravermelhas que captam imagens térmicas em tons de cinza para detectar pedestres, veículos e outros perigos. Este novo espectrômetro tem uma capacidade de detecção potencialmente maior para tais ameaças potenciais, uma vez que as informações espectrais podem ser medidas continuamente, embora com resolução moderada. Além disso, também pode ser útil no sensoriamento remoto.