“片上光谱仪”为便携式光谱仪的广泛应用打开了大门

图：片上光谱仪 来源：Oregon State

       Oregon State University大学材料研究的科学家们开发了一种更好的测量光的工具，可以改善从智能手机相机到环境监测的一切测量方式，为光学光谱领域做出了贡献。

       这项研究发表在《Science》，由Finland's Aalto大学领导，研究实现了一种强大的超微型光谱仪，该光谱仪安装在微芯片上，使用人工智能进行处理。

       这项研究涉及一类相对较新的超薄材料，即二维半导体，对光谱仪进行了概念验证，该光谱仪可以很容易地应用到各种技术中，包括质量检测平台、安全传感器、生物医学分析仪和太空望远镜。

       “我们已经展示了一种制造光谱仪的方法，它比现在通常使用的光谱仪要小得多，” Ethan Minot教授说。“光谱仪测量不同波长的光的强度，在许多行业和所有科学领域都非常有用，可以识别样品和表征材料。”

       Minot说，传统的光谱仪需要笨重的光学和机械部件，而新设备可以安装在人类头发的末端。这项新的研究表明，可以用新型半导体材料和人工智能来替代这些组件，从而使光谱仪的尺寸从目前最小的大约一颗葡萄大小的光谱仪大幅缩小。

       “我们的光谱仪不需要组装单独的光学和机械部件或阵列设计来分散和过滤光，”Hoon Hahn Yoon说。“此外，它可以实现与台式系统相当的高分辨率，但体积要小得多。”

       研究人员表示，该设备可以在其吸收的光的颜色方面是100%电可控的，这使其具有巨大的可扩展性和广泛的可用性潜力。

       Yoon说：“将它直接集成到智能手机和无人机等便携式设备中，可以改善我们的日常生活。”。“想象一下，我们的下一代智能手机相机可能是高光谱相机。”

       这些高光谱相机不仅可以捕获和分析可见波长的信息，还可以进行红外成像和分析。

       例如，在医学领域，光谱仪已经在测试其识别人体组织细微变化的能力，例如肿瘤和健康组织之间的差异。对于环境监测，Minot补充道，光谱仪可以准确地检测空气、水或地面中的污染类型，以及其中的污染量。

       Minot认为，随着二维半导体研究的进展，“我们将迅速发现利用其新颖光学和电子特性的新方法。”对二维半导体的研究仅进行了十几年，首先是对石墨烯的研究，石墨烯是一种排列在一个原子厚度的蜂窝状晶格中的碳。

       “这真的很令人兴奋，” Minot说。“我相信，通过研究二维半导体，我们将继续取得有趣的突破。”

[1]  Hoon Hahn Yoon et al, Miniaturized spectrometers with a tunable van der Waals junction, Science(2022).DOI:10.1126/science.add8544. www.science.org/doi/10.1126/science.add8544