Nano svítilna umožňuje nové aplikace světla, jako je detekce virů

Z

Tři různá schémata nano lamp (zleva doprava) pro zaostřené, široce rozšířené և kolimované světelné paprsky. Každá svítilna může mít různá použití. Uznání: Robin Singh

Návrh miniaturních optických systémů může vést k budoucím mobilním telefonům, které dokážou detekovat viry atd.

V práci, která by jednoho dne mohla změnit mobilní telefony na senzory, které dokážou detekovat viry a malé věci. S: Vědci postavili na čipu výkonnou baterku v nanoměřítku.

Jejich přístup k návrhu malého paprsku světla na čipu lze také použít k vytvoření různých nano svítilen s různými vlastnostmi různých paprsků. Přemýšlejte široce proti jedinému světelnému bodu.

Po celá desetiletí vědci používali světlo k detekci hmoty sledováním toho, jak toto světlo interaguje s hmotou. Dělají to tak, že ve skutečnosti září na paprsek světla na materiál a poté analyzují toto světlo při průchodu materiálem. Protože všechny materiály interagují se světlem různými způsoby, analýza světla procházejícího materiálem poskytuje druh materiálu „otisk prstu“. Představte si to pro několik barev, tj. Několik vlnových délek světla, aby světlo interagovalo s materiálem každé barvy. Výsledkem by byl podrobnější otisk prstu.

Jméno Agarwal

Anu Agarwal je jedním z předních výzkumníků ve vývoji nano svítilny. Půjčka Foto Anu Agarwal

Většina nástrojů k tomu známých jako spektrometry je relativně velká. Jejich větší zmenšení bude mít řadu výhod. Mohly by být například přenosné և mít další aplikace (představte si futuristický mobilní telefon nabitý samostatným senzorem pro určitý plyn). Zatímco vědci udělali velké kroky v miniaturizaci senzoru, aby detekovali a analyzovali světlo procházející materiálem, mírně ortopedicky osvětlený paprsek nebo baterka zůstává výzvou. Dnes je tento světelný paprsek nejčastěji poskytován makrozměrovým zařízením, jako je laserový systém, který není zabudován do čipu, jako jsou senzory.

Kompletní senzor

Vstupte do práce MIT. V posledních dvou článcích Zprávy o přírodních vědáchVědci nejen popisují svůj přístup k návrhu čipových lamp s různými charakteristikami paprsku, ale také uvádějí úspěšnou konstrukci a testování prototypů. Je možné, že zařízení vytvořili pomocí existujících padělaných technologií, které jsou v mikroelektronickém průmyslu známé, takže si mohou být jisti, že tento přístup lze nasadit ve velkém měřítku za nižší cenu.

To by obecně mohlo průmyslovému odvětví umožnit vybudovat kompletní senzorový čip se „zdrojem světla“ a detektorem. Výsledkem je, že práce představuje významný pokrok v používání křemíkové fotoniky k manipulaci se světelnými vlnami na mikročipech pro aplikaci senzorů.

„Silikonová fotonika má tolik potenciálu ke zlepšení improve miniaturizace stávajících systémů biosenzování v měřítku.“ Abychom mohli plně využít jeho potenciál, potřebujeme chytřejší návrhové strategie. Tato práce ukazuje jeden takový přístup, “říká Robin Singh SM ’18, PhD, který je hlavním autorem obou prací.

„Tato práce je významná – představuje nové paradigma pro konstrukci fotonického zařízení, které nám umožňuje zlepšit činnost optických paprsků,“ uvedl Down Tan, docent na University of Technology and Design v Singapuru.

Robin Singh

Robin Singh je jedním z předních výzkumníků ve vývoji nano svítilny. Půjčka Foto Robin Singh

Spoluautoři prvního článku jsou Anurada “Anu” Murti Agarwal, vedoucí výzkumný pracovník v MIT Materials Research Laboratory, Microphotonics Center, Production Knowledge, Innovation Initiative. : Brian Anthony, vedoucí výzkumný pracovník MIT Mechanical Engineering. Na druhém příspěvku jsou Singhovými spoluautory Agarwal. Anthony Yuki Ni, teď Univerzita Princeton; ing Mingye Gao, postgraduální student, Ústav výpočetní techniky, MIT.

Jak to dokázali?

Singh a kolegové vytvořili svůj celkový design pomocí různých nástrojů pro počítačové modelování. Jednalo se o konvenční přístupy k rozptylu světla, fyziku založenou na manipulaci a nejmodernější techniky strojového učení, ve kterých byl počítač učen předpovídat možná řešení s využitím velkého množství dat. „Pokud ukážeme počítači mnoho příkladů nano svítilen, může se naučit, jak vyrobit lepší svítilny,“ říká Anthony. Nakonec „pak“ můžeme počítači sdělit požadovaný vzor světla, řekne nám, jak by měl design svítilny vypadat. “

Všechny tyto modelovací nástroje mají výhody a nevýhody. Společně vyústili v konečný, optimální design, který by mohl být přizpůsoben k vytvoření luceren s různými typy světelných paprsků.

Vědci pokračovali v používání tohoto designu a vytvořili speciální lampu s kolimovaným paprskem nebo paprsky světla, které jsou navzájem zcela rovnoběžné. Klíčem k některým typům senzorů je klimatizace. Společná baterka vědců obsahuje asi 500 obdélníkových struktur v nanoměřítku různých velikostí, které tým modeloval předpověděl možnost kolimovaného paprsku. Nanostruktury různých velikostí budou mít za následek různé typy paprsků, které zase mohou být použity pro jiné aplikace.

Malá baterka s kolimovaným paprskem fungovala. Nejen to, poskytovalo paprsek, který byl pětkrát silnější než běžné konstrukce. Je to částečně proto, že „schopnost lépe ovládat světlo znamená, že méně je rozptýleno a ztraceno,“ říká Agarwal.

Singh popisuje vzrušení, které pocítil při vytváření této první baterky. „Bylo úžasné vidět mikroskopem, co jsem promítal do počítače. „Pak jsme to otestovali a fungovalo to.“

Odkazy:

Robin Singh, Yuki Ni, Mingje Gao, Anurada Murti Agarwal և Brian W. Anthony “Reverzní tvorba fotonické meta-struktury pro kolimaci paprsků” Vědecké zprávy,
DOI: 10.1038 / s41598-021-84841-2:

Robin Singh, Anu Agarwal և Brian W. Autor: Anthony, 16. listopadu 2020 Vědecké zprávy,
DOI: 10.1038 / s41598-020-76225-9:

Tento výzkum byl částečně podpořen iniciativou MIT Skoltech.

Mezi další zařízení a oddělení MIT, která umožnila tuto práci, patří Katedra materiálových věd, inženýrství, Laboratoř materiálového výzkumu, Ústav lékařského inženýrství և Věda և MIT.nano.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.