Com aplicações potenciais que va£o desde a detecção de gases de efeito estufa atétornar os vea­culos auta´nomos mais seguros, tem havido um grande interesse nos últimos anos no desenvolvimento de espectra´metros compactos no chip. Os espectra´metros tradicionais, que medem a informação espectral da luz, são volumosos e caros. Um espectra´metro no chip expandiria muito as aplicações e acessibilidade da tecnologia.  

Para atingir esse objetivo, uma equipe de pesquisadores nos Estados Unidos, Israel e Japa£o desenvolveu um espectra´metro ultracompacto no infravermelho manãdio. O trabalho éo resultado de uma colaboração entre o laboratório de Fengnian Xia, o Barton L. Weller Professor Associado em Engenharia e Ciência na Universidade de Yale; Professor Doron Naveh da Bar-Ilan University, Israel; Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi do Instituto Nacional de Ciência de Materiais, Japa£o. As descobertas foram publicadas recentemente na  Nature Photonics .  

O dispositivo incorpora fa³sforo preto (BP), um material que hámuito tempo éo foco do laboratório Xia, para um espectra´metro que opera em uma faixa de comprimento de onda de 2 a 9 micra´metros, com base em um aºnico fotodetector sintoniza¡vel. O material, que tem cerca de dez nana´metros de espessura, permite que os usuários sintonizem a interação luz-matéria para capturar os diferentes componentes espectrais - a chave para o sucesso do dispositivo. Além disso, um algoritmo avana§ado desempenha um papel igualmente importante neste espectra´metro, mudando parcialmente a complexidade inata da espectroscopia de hardware para software. 

Com um tamanho de 9 a— 16 micra´metros quadrados - muito menor do que a seção transversal de um cabelo humano - asDimensões do espectra´metro são compara¡veis ​​ao comprimento de onda da luz que ele mede. Mesmo que fosse possí­vel diminuir o tamanho do dispositivo, não haveria muita melhora, já que a luz em condições usuais não pode ser focada em um ponto muito menor que seu comprimento de onda, devido a  difração.  

“a‰ muito empolgante realizar um espectra´metro de alto desempenho com a compactação final”, disse o Prof. Doron Naveh, da Universidade Bar-Ilan. “Esperamos que o princa­pio 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 espectra´metros convencionais, a luz édividida pelas cores que compõem o espectro.

“Este espectra´metro mostra uma vantagem sobre os espectra´metros convencionais de divisão de luz porque a luz não precisa ser dividida em diferentes partes espacialmente”, disse Shaofan Yuan, um Ph.D. estudante no laboratório de Xia e principal autor do estudo. 

E, ao contra¡rio dos espectra´metros convencionais, o sistema não depende de componentes a³pticos avana§ados, como interfera´metros ou lasers infravermelhos ajusta¡veis. Isso abre a possibilidade de uma extrema miniaturização de espectra´metros e pode permitir espectroscopia de infravermelho manãdio e imagens espectrais on-chip acessa­veis. Os pesquisadores observam que automa³veis, drones e satanãlites são frequentemente equipados com ca¢meras infravermelhas que capturam imagens tanãrmicas em tons de cinza para detectar pedestres, vea­culos e outros perigos. O espectra´metro do laboratório Xia tem uma capacidade de detecção potencialmente maior para essas ameaa§as potenciais, uma vez que as informações espectrais podem ser medidas continuamente, embora com resolução moderada. Além disso, também pode ser útil no sensoriamento remoto.