آزمایش روی یک تراشه پیشرفته - دانشمندان یک طیف‌سنج قدرتمند و بسیار کوچک ساخته‌اند

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۳ دسامبر ۲۰۲۲
لینک منبع Advanced “Lab on a Chip” – Scientists Have Created a Powerful, Ultra-Tiny Spectrometer

محققان در زمینه طیف‌سنجی نوری ابزار بهتری برای اندازه‌گیری نور ساخته‌اند. این پیشرفت می‌تواند همه چیز را از دوربین گوشی‌های هوشمند گرفته تا نظارت بر محیط زیست را بهبود بخشد.

این تحقیق که توسط دانشگاه آلتو فنلاند رهبری می‌شود، یک طیف‌سنج قدرتمند و فوق‌العاده کوچک ایجاد کرد که بر روی یک ریزتراشه قرار می‌گیرد و توسط هوش مصنوعی اداره می‌شود. تحقیقات آن‌ها اخیراً در مجله Science منتشر شده است.

در این مطالعه از کلاس نسبتاً جدیدی از مواد فوق نازک به نام نیمه‌هادی‌های دو‌بعدی استفاده شد و نتیجه اثبات مفهومی برای طیف‌سنج است که می‌تواند به راحتی در تعدادی از فناوری‌ها مانند پلت‌فرم های بازرسی کیفیت، حسگرهای امنیتی، زیست پزشکی، تحلیلگرها و تلسکوپ‌های فضایی ادغام شود.

اتان مینوت، استاد فیزیک در کالج علوم دانشگاه ایالتی اورگان که روی این مطالعه کار می‌کرد، گفت: «ما راهی برای ساخت طیف‌سنج‌هایی نشان داده‌ایم که بسیار مینیاتوری‌تر از آنچه معمولاً امروزه استفاده می‌شود، هستند. طیف‌سنج‌ها قدرت نور را در طول موج‌های مختلف اندازه‌گیری می‌کنند و در بسیاری از صنایع و همه زمینه‌های علمی برای شناسایی نمونه‌ها و مشخص کردن مواد بسیار مفید هستند.

مینوت ادعا کرد که طیف‌سنج جدید می‌تواند روی نوک موی انسان قرار بگیرد، برخلاف طیف‌سنج‌های معمولی که به اجزای نوری و مکانیکی بزرگ نیاز دارند. بر اساس مطالعه جدید، چنین اجزایی را می‌توان با مواد نیمه‌رسانای جدید و هوش مصنوعی جایگزین کرد و به طیف‌سنج‌ها این امکان را می‌دهد تا از کوچک‌ترین طیف‌سنج‌هایی که در حال حاضر در دسترس هستند، به اندازه یک انگور، به شدت کوچک‌تر شوند.

هون هان یون، سرپرست این مطالعه با همکار دانشگاه آلتو، ژیپی سون یون، گفت: «طیف‌سنج ما نیازی به مونتاژ اجزای نوری و مکانیکی جداگانه یا طرح‌های آرایه‌ای برای پراکندگی و فیلتر کردن نور ندارد. علاوه بر این، می‌تواند به وضوح بالا قابل مقایسه با سیستم‌های رومیزی اما در بسته‌بندی بسیار کوچک‌تر دست یابد.

به گفته محققان، این دستگاه با توجه به رنگ‌های نوری که جذب می‌کند، 100 درصد از نظر الکتریکی قابل کنترل است، که به آن پتانسیل زیادی برای مقیاس‌پذیری و قابلیت استفاده گسترده می‌دهد.

یون گفت: «ادغام مستقیم آن در دستگاه‌های قابل حمل مانند گوشی‌های هوشمند و هواپیماهای بدون سرنشین می‌تواند زندگی روزمره ما را ارتقا دهد. تصور کنید که نسل بعدی دوربین‌های گوشی‌های هوشمند ما می‌تواند دوربین‌های فراطیفی باشد.»

این دوربین‌های ابرطیفی می‌توانند اطلاعات را نه تنها از طول موج‌های مرئی گرفته و تجزیه‌و‌تحلیل کنند، بلکه امکان تصویربرداری و تجزیه‌و‌تحلیل مادون قرمز را نیز فراهم می‌کنند.

مینوت گفت: «این هیجان‌انگیز است که طیف‌سنج ما فرصت‌هایی را برای انواع ابزارها و ابزارهای جدید روزمره برای انجام علوم جدید باز می‌کند.»

برای مثال، در پزشکی، طیف‌سنج‌ها در حال حاضر برای شناسایی تغییرات ظریف در بافت انسانی مانند تفاوت بین تومورها و بافت سالم آزمایش می‌شوند.

مینوت اضافه کرد که برای نظارت بر محیط زیست، طیف‌سنج‌ها می‌توانند دقیقاً نوع آلودگی هوا، آب یا زمین و میزان آن را تشخیص دهند.

او گفت: «خوب خواهد بود که طیف‌سنج‌های کم‌هزینه و قابل حمل این کار را برای ما انجام دهند.» و در محیط آموزشی، آموزش عملی مفاهیم علوم با طیف‌سنج‌های ارزان قیمت و فشرده مؤثرتر خواهد بود.»

مینوت گفت که کاربردها برای علاقه‌مندان علم‌محور نیز فراوان است.

او گفت: «اگر به نجوم علاقه‌مند هستید، ممکن است علاقه‌مند باشید که طیف نوری را که با تلسکوپ خود جمع‌آوری می‌کنید اندازه‌گیری کنید و این اطلاعات یک ستاره یا سیاره را شناسایی کند.» «اگر زمین‌شناسی سرگرمی شماست، می‌توانید سنگ‌های قیمتی را با اندازه‌گیری طیف نوری که جذب می‌کنند شناسایی کنید.»

مینوت فکر می‌کند که با پیشرفت کار با نیمه‌هادی‌های دو‌بعدی، "ما به سرعت در حال کشف راه‌های جدیدی برای استفاده از خواص نوری و الکترونیکی جدید آن‌ها خواهیم بود." تحقیقات در مورد نیمه‌هادی‌های دوبعدی تنها برای ده سال به طور جدی در حال انجام است و با مطالعه گرافن، کربنی که در یک شبکه لانه زنبوری به ضخامت یک اتم چیده شده است، شروع شده است.

مینوت گفت: «این واقعاً هیجان‌انگیز است. من معتقدم که با مطالعه نیمه‌هادی‌های دو‌بعدی به پیشرفت‌های جالبی ادامه خواهیم داد.»

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقالات تکنولوژی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است. در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.