Gli spettrometri sono ampiamente utilizzati nell’industria e nella ricerca per rilevare e analizzare la luce. Gli spettrometri misurano lo spettro della luce – la sua forza a diverse lunghezze d’onda, come i colori in un arcobaleno – e sono uno strumento essenziale per identificare e analizzare campioni e materiali. Gli spettrometri integrati su chip sarebbero di grande beneficio per una varietà di tecnologie, comprese piattaforme di ispezione della qualità, sensori di sicurezza, analizzatori biomedici, sistemi sanitari, strumenti di monitoraggio ambientale e telescopi spaziali.
Un team di ricerca internazionale guidato da ricercatori dell’Università di Aalto, in Finlandia, ha sviluppato spettrometri ad alta sensibilità con un’elevata precisione della lunghezza d’onda, un’elevata risoluzione spettrale e un’ampia larghezza di banda operativa, utilizzando un solo rilevatore delle dimensioni di un microchip. La ricerca per questo nuovo spettrometro ultra-miniaturizzato è stata pubblicata oggi sulla rivista “Science”.
“Il nostro spettrometro a rivelatore singolo è un dispositivo all-in-one. Abbiamo progettato questo laboratorio optoelettronico su chip con intelligenza artificiale che sostituisce l’hardware convenzionale, come i componenti ottici e meccanici. Pertanto, il nostro spettrometro computazionale non richiede componenti ingombranti separati o progetti di array per disperdere e filtrare la luce. Può raggiungere un’alta risoluzione paragonabile ai sistemi da banco, ma in un pacchetto molto più piccolo“, afferma il ricercatore Hoon Hahn Yoon.
“Con il nostro spettrometro, possiamo misurare l’intensità della luce a ciascuna lunghezza d’onda oltre lo spettro visibile utilizzando un dispositivo a portata di mano. Il dispositivo è interamente controllato elettricamente, quindi ha un enorme potenziale di scalabilità e integrazione. Integrarlo direttamente in dispositivi portatili come smartphone e droni potrebbe far avanzare la nostra vita quotidiana. Immagina che la prossima generazione delle nostre fotocamere per smartphone possa essere dotata di fotocamere iperspettrali che superano le prestazioni delle fotocamere a colori”, aggiunge.
La riduzione dimensionale degli spettrometri computazionali è essenziale per il loro utilizzo in chip e applicazioni impiantabili. Il professor Zhipei Sun, a capo del gruppo di ricerca, afferma: “Gli spettrometri convenzionali sono ingombranti perché necessitano di componenti ottici e meccanici, quindi le loro applicazioni su chip sono limitate. C’è una domanda emergente in questo campo per migliorare le prestazioni e l’usabilità degli spettrometri. Da questo punto di vista, gli spettrometri miniaturizzati sono molto importanti per le applicazioni future per offrire prestazioni elevate e nuove funzioni in tutti i campi della scienza e dell’industria.”
Il professor Pertti Hakonen aggiunge che “La Finlandia e Aalto hanno investito molto nella ricerca fotonica negli ultimi anni. Ad esempio, c’è stato un grande sostegno dal Centro di eccellenza sulla tecnologia quantistica dell’Accademia della Finlandia, Flagship on Photonics Research and Innovation, InstituteQ e Otanano Infrastructure. Il nostro nuovo spettrometro è una chiara dimostrazione del successo di questi sforzi di collaborazione. Credo che con ulteriori miglioramenti in termini di risoluzione ed efficienza, questi spettrometri potrebbero fornire nuovi strumenti anche per l’elaborazione delle informazioni quantistiche.”
