Duke-yliopiston tutkijat ovat demonstroineet valonilmaisimia, jotka voisivat kattaa laajan valon taajuusalueen. Se tapahtuu käyttämällä räätälöityjen sähkömagneettisten materiaalien luomia sirupiirillä olevia spektrisiä suodattimia. Innovaation ytimessä ovat hopeiset nanokuutiot.
Sirulla oleva useiden valodetektorien yhdistelmä, joilla on erilaiset taajuusvasteet. Se voisi mahdollistaa kevyiden ja edullisten monispektrikameroiden käytön esimerkiksi syöpäleikkauksissa, elintarviketurvallisuuden tarkastuksissa ja tarkkuusviljelyssä.
Tyypillinen kamera vangitsee vain näkyvän valon. Muut kamerat voivat erikoistua esimerkiksi infrapunan tai ultravioletin aallonpituuksiin, mutta harvat voivat kaapata valoa spektrin erilaisista pisteistä. Lisäksi ne voivat olla kalliita ja hankalia.
Duke-tutkijoiden kehittämä laajaspektrisen valodetektorin, joka voidaan toteuttaa yhdellä sirulla. Tällöin se voi ottaa monispektrisen kuvan muutamissa pikosekunneissa. Kamera olisi myös tuotettavissa vain kymmenien dollarien hintaan.
Kehitetty tekniikka perustuu plasmoniikkaan ja pyrosähköiseen materiaaliin. Toteutuksessa apulaisprofessori Maiken Mikkelsen ja hänen tiiminsä asettivat sadan nanometrin levyisiä hopeakuutioita läpinäkyvälle kalvolle vain muutaman nanometrin etäisyydelle kultakerroksesta. Kun valo osuu nanokuutioiden pintaan, se virittää hopean elektroneja ja vangitsee valon energian - mutta vain tietyllä taajuudella.
Hopeisten nanokuutioiden koko ja niiden etäisyys kultakerroksesta määräävät vangitun taajuuden, kun taas absorboituneen valon määrä voidaan virittää säätämällä nanohiukkasten välistä etäisyyttä. Näitä kokoja ja etäisyyksiä tarkasti mukauttamalla tutkijat saavat järjestelmän reagoimaan mihin tahansa haluamaansa sähkömagneettiseen taajuuteen.
Kaupallisen hyperspektrikameran toteuttamiseksi tutkijoiden on muokattava pienten, yksittäisten ilmaisimien ruudukko, joista kukin on viritetty erilaiselle valon taajuudelle, suuremmaksi ”superpikseliksi”.
Tutkijat demonstroivat neljää erillistä valotunnistinta, jotka on räätälöity aallonpituuksille 750 - 1900 nanometriä. Niiden plasmoniset metapinnat absorboivat energiaa tulevan valon tietyiltä taajuuksilta ja kuumenevat. Lämpö indusoi muutoksen suoraan niiden alapuolella olevassa ohuessa pyrosähköisessä alumiinitritridikerroksessa. Tämä luo jännitteen, jonka sitten pohjakerroksen piitekniikka lukee ja välittää prosessorille.
Mikkelsen näkee tekniikkaan perustuvia kaupallisten kameroiden useita potentiaalisia käyttötapoja, koska näiden valodetektorien valmistusprosessi on suhteellisen nopea, edullinen ja skaalautuva. Kirurgit saattavat käyttää multispektrikuvia selvittääkseen syövän ja terveen kudoksen välistä eroa leikkauksen aikana. Spektrisen sormenjäljen saaminen voi tunnistaa materiaalin ja sen koostumuksen tarkasti. Sen avulla voi myös tunnistaa kasvityypin ja sen tarvitseeko se vettä tai lannoitetta, listaa monispektrikameran käyttökohteita professori Mikkelsen yliopistonsa tiedotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 29.11.2019
Analog Devices päätti jokin aika sitten lopettaa yhteistyön englantilaisen jakelijan Anglia Componentsin kanssa. Tässä ei ole sinänsä mitään ihmeellistä, mutta Anglia suivaantui tästä niin paljon, että tuli julkisuuteen asian kanssa. Toimitusjohtaja Steve Rawlinsin mukaan ADI:n päätös rajoittaa asiakkaiden valinnanvaraa.
Tulevaisuuden autot nojaavat yhä tiukemmin nopeaan datansiirtoon. Tämän dataväylän pitää perustua standardiin. Sellainen on PCIe-väylä, kertoo Microchip.