Công nghệ mới có thể giúp tìm ra điều gì không ổn với bạn

Một số người làm những việc thông minh và khó khăn đến mức thật khó để biết họ có thể phải làm gì với bạn và tôi, vì vậy chúng tôi chỉ phớt lờ họ. Nhưng đó thường là phản ứng sai.

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có một thiết bị đơn giản ở nhà có thể cho bạn biết lý do tại sao bạn cảm thấy tồi tệ như vậy?

Điều gì sẽ xảy ra nếu tiện ích này có thể trong thời gian ngắn kiểm tra xem bạn có mắc COVID hay cúm hay không – hoặc thậm chí có thể nó sẽ phát hiện ra rằng bạn mắc bệnh tiểu đường mà không hề hay biết? Thiết bị có thể tìm ra tất cả những điều này mà bạn không cần phải đến bác sĩ hoặc phòng thí nghiệm.

Lưu trữ ánh sáng tốt hơn

Công nghệ này có thể trở thành hiện thực trong vòng vài năm tới và các kỹ sư điện là một trong số những người có thể tạo ra các tiện ích như vậy, chứa một thành phần chính được gọi là bộ cộng hưởng vi mô chế độ thư viện thì thầm.

Công nghệ mới đang cung cấp các cảm biến quang học tốt hơn, rất quan trọng đối với thiết bị điện tử, bao gồm các thiết bị phân tích hóa chất bằng ánh sáng.

Chúng tôi đã chế tạo bộ cộng hưởng vi mô chế độ thư viện thì thầm có tổn thất thấp nhất hiện có cho phổ hồng ngoại sóng dài. Vì quang phổ hồng ngoại sóng dài cung cấp thông tin chính xác về các chất hóa học nên nó cung cấp khả năng mới cho các ứng dụng cảm biến.”

Dingding Ren, Nhà nghiên cứu, Khoa Hệ thống Điện tử của Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy (NTNU)

Chúng ta sẽ nói nhiều hơn về microresonator là gì ở phần sau của bài viết. Nhưng trước tiên hãy quay lại với Ren. Anh ấy và các đồng nghiệp của mình đã phát triển một bộ cộng hưởng vi mô chế độ thư viện thì thầm mới – có thể lưu trữ ánh sáng cho các bước sóng nhất định lâu hơn nhiều trong cộng hưởng.

Ren cho biết: “Bộ vi cộng hưởng của chúng tôi tốt hơn khoảng 100 lần so với những gì đã có trước đây đối với phổ hồng ngoại sóng dài.

Ông nói: “Nó có thể giữ lại ánh sáng lâu hơn 100 lần so với các phiên bản trước, giúp khuếch đại trường quang học bên trong và làm cho các quá trình phi tuyến tính dễ dàng hơn nhiều, chẳng hạn như tạo lược tần”.

Mở ra những cơ hội tuyệt vời

Lưu trữ sóng ánh sáng trong phần hồng ngoại của quang phổ ánh sáng hiệu quả hơn là tin tốt cho một số loại công nghệ mới, đặc biệt là đối với cảm biến hạt và nhận dạng hóa học quang phổ phân tích mẫu khí/chất lỏng để kiểm tra vi-rút và vi khuẩn cũng như các chất độc hại khác mà bạn có thể có .

Bộ cộng hưởng vi mô mới có nghĩa là các nhà khoa học có thể phát triển các tổ hợp tần số băng thông rộng trong quang phổ hồng ngoại sóng dài bằng cách sử dụng các thiết bị này. Và chúng có thể là gì?

Lược tần số là đèn laze có quang phổ bao gồm một loạt các vạch tần số rời rạc, cách đều nhau. Chúng có thể được tìm thấy ở nhiều nơi, chẳng hạn như trong GPS của bạn, trong đồng hồ nguyên tử và trong thiết bị sợi quang được sử dụng trong điện thoại và máy tính. Công nghệ này cũng mở ra cơ hội phân tích nhiều hóa chất cùng một lúc, nếu có sẵn một lược tần số băng thông rộng ở phổ hồng ngoại sóng dài.

Ren cho biết: “Công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn ban đầu khi thực hiện các phép đo trong phổ ánh sáng hồng ngoại bước sóng dài này. Nhưng cải tiến của chúng tôi mang lại cho chúng tôi khả năng xác định một số hóa chất khác nhau trong thời gian thực trong tương lai gần”.

Loại máy quang phổ này đã tồn tại, giống như thứ gọi là giao thoa kế hồng ngoại biến đổi Fourier, nhưng chúng quá lớn và đắt đến mức chỉ có bệnh viện và các tổ chức ngân sách lớn mới có thể mua được. Các máy khác, đơn giản hơn một chút có thể phân tích một số hóa chất, nhưng không phải nhiều hóa chất cùng một lúc – không giống như những gì công nghệ mới có thể làm được.

Ren đã hợp tác chặt chẽ với Giáo sư David Burghoff và các đồng nghiệp của ông tại Đại học Notre Dame ở Hoa Kỳ.

Ren nói: “Sự cạnh tranh rất khốc liệt trong lĩnh vực này.

Bộ cộng hưởng vi mô mới được tạo ra bằng cách sử dụng nguyên tố germanium. Vật liệu này nghe có vẻ kỳ lạ, nhưng đã được sử dụng trong bóng bán dẫn đầu tiên trên thế giới vào đầu năm 1947, trước khi silicon chiếm lĩnh thị trường đó.

Ngày nay, gecmani thường được sử dụng trong thấu kính quang học trong cảm biến và máy ảnh hồng ngoại, và do đó nó không đặc biệt hiếm cũng không đắt. Đây cũng là những thuận lợi khi lý thuyết được đưa ra thị trường.

Dù sao microresonators là gì?

Microresonators, một loại khoang quang học, có thể lưu trữ trường quang học cao bên trong một thể tích rất nhỏ. Chúng có thể được tạo thành dạng vết hoặc dạng hình đĩa, nhưng chúng thường ở kích thước vi mô, tương tự như độ dày của một sợi tóc. Ánh sáng di chuyển bên trong bộ vi cộng hưởng theo vòng tròn, do đó trường quang được khuếch đại.

“Chúng tôi có thể so sánh microresonator với những gì xảy ra với âm thanh trong phòng trưng bày thì thầm ở Nhà thờ St. Paul ở London,” Ren nói.

Phòng trưng bày hình elip này đã tạo ra một hiện tượng nổi tiếng. Bạn có thể thì thầm ở một đầu của nó và những người ở đầu kia của căn phòng có thể nghe thấy bạn, mặc dù bình thường họ sẽ không thể nghe thấy bạn ở khoảng cách đó. Sóng âm thanh được khuếch đại bởi hình dạng của căn phòng và các bức tường, đó là cách sóng ánh sáng hoạt động trong bộ vi cộng hưởng. Bạn có thể đọc bài báo nghiên cứu nếu bạn muốn cố gắng hiểu rõ hơn về hiện tượng này. Liên kết có thể được tìm thấy ở dưới cùng của bài viết.

Được tài trợ bởi tiền Fripro

Ren đang tài trợ cho nghiên cứu thông qua khoản trợ cấp dự án Fripro từ Hội đồng Nghiên cứu Na Uy, kéo dài trong ba năm. Tiền từ Fripro được dành riêng cho nghiên cứu cơ bản.

Ren nói: “Chúng tôi đã hứa rằng chúng tôi sẽ phát triển một bộ cộng hưởng vi mô tốt hơn và chúng tôi đã thành công. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện đúng lời hứa của mình.

Công việc tuyệt vời

Bjørn-Ove Fimland và Astrid Aksnes, cả hai đều là giáo sư tại Khoa Hệ thống Điện tử của NTNU, đã đưa ra lời khuyên trong quá trình thực hiện.

“Nhậm đã hoàn thành xuất sắc công việc, điều này được hỗ trợ bởi thực tế là anh ấy đã có một bài báo đăng trên truyền thông tự nhiên“, Aksnes nói.

Thực tế là giờ đây chúng ta có thể đo trong phạm vi IR sóng dài (8-14 µm hoặc micromet) của quang phổ ánh sáng mở ra nhiều khả năng liên quan đến việc sử dụng trong chụp ảnh và phát hiện, giám sát môi trường và các ứng dụng y sinh, Aksnes nói.

Cô ấy nói: “Nhiều phân tử có các dải dao động cơ bản trong dải IR sóng giữa (2-20 µm), cái gọi là ‘vùng vân tay phân tử’. Bằng cách đo trong dải sóng này, chúng tôi đạt được độ nhạy cao hơn”.

Nguồn:

Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy

Tạp chí tham khảo:

Ren, D., et al. (2022) Bộ cộng hưởng vi mô chất lượng cao trong tia hồng ngoại sóng dài dựa trên germanium tự nhiên. Truyền thông tự nhiên. doi.org/10.1038/s41467-022-32706-1.


Source link

Leave a Reply

Your email address will not be published.