Nano žibintuvėlis įgalina naujas šviesos programas, pavyzdžiui, aptikti virusus

Nuo

Trys skirtingos nanolampų schemos (iš kairės į dešinę), skirtos fokusuotoms, plačiai išplitusioms im kolimuotoms šviesos sijoms. Kiekvienas žibintuvėlis gali būti skirtingai naudojamas. Autorius: Robinas Singhas

Kuriant miniatiūrines optines sistemas ateityje gali atsirasti mobilieji telefonai, galintys aptikti virusus ir pan.

Atliekant darbą, kuris vieną dieną galėtų mobiliuosius telefonus paversti jutikliais, galinčiais aptikti virusus ir smulkmenas. SU: Tyrėjai ant mikroschemos pastatė galingą nanomasto žibintuvėlį.

Jų požiūris projektuojant mažą šviesos pluoštą ant lusto taip pat gali būti naudojamas kuriant skirtingus nano žibintuvėlius, turinčius skirtingas skirtingų spindulių savybes. Mąstykite plačiai, žiūrėdami į vieną šviesos tašką.

Dešimtmečius mokslininkai naudojo šviesą materijai aptikti stebėdami, kaip ši šviesa sąveikauja su materija. Jie tai daro iš tikrųjų apšviesdami medžiagos spindulį, tada analizuodami tą šviesą, kai ji praeina per medžiagą. Kadangi visos medžiagos skirtingai sąveikauja su šviesa, analizuojant šviesą, praeinančią per medžiagą, gaunamas tam tikras šios medžiagos „pirštų atspaudas“. Įsivaizduokite, kad tai darote kelioms spalvoms, tai yra keliems šviesos bangos ilgiams, kad šviesa sąveikautų su kiekvienos spalvos medžiaga. Tai sukeltų išsamesnį pirštų atspaudus.

Vardas Agarwal

Anu Agarwal yra vienas iš pirmaujančių nano žibintuvėlių kūrimo tyrėjų. Paskola Anu Agarwal nuotr

Dauguma priemonių tai padaryti, vadinamos spektrometrais, yra gana didelės. Padarius juos daug mažesnius, bus nemažai privalumų. Pavyzdžiui, jie gali būti nešiojami և turėti papildomų programų (įsivaizduokite futuristinį mobilųjį telefoną, pakrautą atskiru jutikliu tam tikroms dujoms). Vis dėlto, nors tyrėjai padarė didelę pažangą miniatiūrizuodami jutiklį, kad aptiktų ir analizuotų šviesą, praeinančią per medžiagą, šiek tiek ortopediškai apšviestas pluoštas ar žibintuvėlis išlieka iššūkiu. Šiandien šį šviesos spindulį dažniausiai teikia makrokomandos įranga, pavyzdžiui, lazerio sistema, kuri nėra įmontuota mikroschemoje, pavyzdžiui, jutikliai.

Visas jutiklis

Įveskite MIT darbą. Paskutiniuose dviejuose straipsniuose Gamtos mokslų ataskaitosTyrėjai ne tik apibūdina savo požiūrį į skirtingų lempų charakteristikų lustų projektavimą, bet ir praneša apie sėkmingą prototipo konstrukciją ir bandymus. Gali būti, kad jie sukūrė įrenginį naudodami esamas padirbtas technologijas, kurios yra žinomos mikroelektronikos pramonei, todėl yra įsitikinę, kad šį metodą galima pritaikyti dideliu mastu už mažesnę kainą.

Apskritai tai galėtų leisti pramonei sukurti pilną jutiklio mikroschemą su „šviesos šaltiniu“ ir detektoriumi. Dėl to šis darbas žymiai pagerina silicio fotonikos naudojimą manipuliuojant šviesos bangomis mikroschemose, kad būtų galima naudoti jutiklius.

„Silicio fotonika turi tiek daug galimybių patobulinti ելու miniatiūrizuoti esamas stendinio masto biosensavimo schemas“. Mums tiesiog reikia protingesnių projektavimo strategijų, kad išnaudotume visas jos galimybes. Šis darbas rodo vieną tokį požiūrį “, – sako Robinas Singhas SM ’18, daktaras, kuris yra pagrindinis abiejų kūrinių autorius.

„Šis darbas yra reikšmingas – jis atspindi naują fotoninio įrenginio projektavimo paradigmą, kuri leidžia mums pagerinti optinių spindulių veikimą“, – sakė Downo Tanas, Singapūro technologijos ir dizaino universiteto docentas.

Robinas Singhas

Robinas Singhas yra vienas iš pirmaujančių mokslininkų kuriant nano žibintuvėlį. Paskola Robino Singho nuotr

Pirmojo straipsnio vyresnieji bendraautoriai yra Anurada “Anu” Murti Agarwal, MIT medžiagų tyrimų laboratorijos, Mikrofotonikos centro, Gamybos žinių, Inovacijų iniciatyvos, tyrinėtoja. : Brianas Anthony, pagrindinis MIT mechanikos inžinierius. Antrajame dokumente Singho bendraautoriai yra Agarwalas. Anthony Yuki Ni, dabar Prinstono universitetas; ing Mingye Gao, MIT Kompiuterijos katedros aspirantė.

Kaip jie tai padarė?

Singhas ir jo kolegos savo bendrą dizainą sukūrė naudodami įvairius kompiuterinio modeliavimo įrankius. Tai apėmė įprastus požiūrius į šviesos sklaidą, fiziką, pagrįstą manipuliavimu, ir pažangiausias mašininio mokymosi metodikas, kai kompiuteris buvo mokomas numatyti galimus sprendimus naudojant didžiulį duomenų kiekį. „Jei parodysime kompiuteriui daugybę nano žibintuvėlių pavyzdžių, jis gali sužinoti, kaip pagaminti geresnius žibintuvėlius“, – sako Anthony. Galiausiai “tada” mes galime pasakyti kompiuteriui norimą šviesos modelį, jis mums pasakys, koks turėtų būti žibintuvėlio dizainas “.

Visos šios modeliavimo priemonės turi privalumų ir trūkumų. Kartu jie sukūrė galutinį, optimalų dizainą, kurį buvo galima pritaikyti kuriant žibintus su įvairių tipų šviesos spinduliais.

Tyrėjai toliau naudojo šį dizainą, sukurdami specialią lempą su kolimuotu pluoštu arba tuos šviesos pluoštus, kurie yra visiškai lygiagretūs vienas kitam. Oro kondicionierius yra raktas į kai kurių tipų jutiklius. Tyrėjų bendrame žibintuvėlyje yra apie 500 įvairaus dydžio stačiakampių nanodalelių struktūrų, kurias komanda sumanė numatyti kolimuoto pluošto galimybę. Skirtingo dydžio nanostruktūros sukurs skirtingų tipų spindulius, kuriuos savo ruožtu galima naudoti kitoms reikmėms.

Veikė nedidelis žibintuvėlis su kolimuotu spinduliu. Negana to, jis suteikė penkis kartus stipresnį spindulį nei įprastos konstrukcijos. Iš dalies taip yra todėl, kad „gebėjimas geriau valdyti šviesą reiškia, kad mažiau išsibarstoma ir prarandama“, – sako Agarwalas.

Singhas apibūdina jaudulį, kurį jautė kurdamas šį pirmąjį žibintuvėlį. „Buvo nuostabu pro mikroskopą pamatyti tai, ką projektuojau kompiuteryje. – Tada mes jį išbandėme, ir jis pasiteisino.

Nuorodos:

Robin Singh, Yuki Ni, Mingje Gao, Anurada Murti Agarwal և Brianas W. Anthony “Fotoninės meta-struktūros atvirkštinis formavimas spindulių kolimacijai” Mokslinės ataskaitos,
DOI: 10.1038 / s41598-021-84841-2:

Robinas Singhas, Anu Agarwalas, Brianas W. Iki Anthony, 2020 m. Lapkričio 16 d Mokslinės ataskaitos,
DOI: 10.1038 / s41598-020-76225-9:

Šį tyrimą iš dalies palaikė MIT Skoltech iniciatyva.

Papildomos MIT patalpos ir skyriai, kurie leido atlikti šį darbą, yra Medžiagų mokslo, inžinerijos, Medžiagų tyrimų laboratorija, Medicinos inžinerijos, mokslo institutas, MIT.nano.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Kokia tavo pirmoji idėja? Remiantis naujais tyrimais, galėtų prasidėti pustrečio amžiaus

Naujas tyrimas ir dešimtmečių duomenų apžvalga laikrodžio atmintį nustūmė už metų ribų, tačiau tyrimas įrodo, kad visi yra skirtingi. Naujas tyrimas rodo, kad vidutiniškai pirmojo...

Naujasis „Ultrathin Liquid Liquid Crystal Metalens“ siūlo elektrinį padidinimą

Cornell հայ „Samsung“ inžinierių sukurtas ultragarso, elektra valdomų metalų konceptualus perteikimas. Paskola Danieliui Schilkinui Kornelio taikomosios inžinerijos mokyklos tyrėjai's „Samsung“ pirmaujantis technologijų institutas sukūrė...

Naujos keistų, išnykusių driežų rūšys – tokios keistos, kad buvo neteisingai identifikuotos kaip dinozauras su kolibriu

„Oculudentavis naga“, kaip pavaizduota šio menininko rekonstrukcijoje, buvo keistas driežas, kurį tyrėjai iš pradžių sunkiai skirstė į kategorijas. Jie vis dar nėra tikri...

Kavos mėgėjai, mėgaukitės! Gausus kavos vartojimas susijęs su sumažėjusia širdies nepakankamumo rizika

Tyrimo ataskaita: Išanalizavus tris pagrindinius širdies ligų tyrimus nustatyta, kad geriant vieną ar daugiau kavos su kofeinu puodelių buvo sumažinta širdies nepakankamumo rizika. Kavos be kofeino...

Atominė dalelė paversta antiteze ir pirmą kartą atvirkštinė nepaprasto eksperimento metu.

Fizikų komanda, įskaitant Warwick universitetą, įrodė, kad subatominės dalelės gali virsti ego antagonistais ir vėl grįžti į naują atradimą, ką tik atskleistą praėjusią savaitę. „Šis...

Newsletter

Subscribe to stay updated.