Check met je smartphone hoe schoon de lucht is, of voedsel vers is of een klontje kwaadaardig is. Dit is allemaal een stap dichterbij gekomen dankzij een nieuwe spectrometer die zo klein is dat hij eenvoudig en goedkoop in een mobiele telefoon kan worden ingebouwd. De kleine sensor die aan de TU Eindhoven is ontwikkeld, is net zo nauwkeurig als de normale tafelmodellen die in wetenschappelijke laboratoria worden gebruikt. De onderzoekers presenteren hun vinding op 20 december in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Spectrometrie, de analyse van zichtbaar en onzichtbaar licht, heeft een enorm scala aan toepassingen. Elk materiaal en elk weefsel heeft zijn eigen 'voetafdruk' qua lichtabsorptie en reflectie, en kan dus worden herkend door spectrometrie. Maar nauwkeurige spectrometers zijn groot omdat ze het licht opsplitsen in verschillende kleuren (frequenties), die vervolgens apart worden gemeten. Net nadat het licht is gesplitst, de balken, die verschillende frequenties hebben, elkaar nog steeds overlappen; zeer nauwkeurige metingen kunnen daarom pas enkele tientallen centimeters na het splijten worden uitgevoerd.

De Eindhovense onderzoekers ontwikkelden een ingenieuze sensor die op een heel andere manier zulke nauwkeurige metingen kan doen met behulp van een speciale 'fotonische kristalholte', een 'val' van slechts enkele micrometers waarin het licht valt en niet kan ontsnappen. Deze val zit in een membraan, waarin het opgevangen licht een kleine elektrische stroom genereert, en dat wordt gemeten. doctoraat student Žarko Zobenica heeft de holte zo gemaakt dat hij heel precies is, slechts een heel klein frequentie-interval behouden en daarom alleen licht op die frequentie meten.

Om een ​​groter frequentiebereik te kunnen meten, de onderzoekers plaatsten twee van hun membranen heel dicht boven elkaar. De twee membranen beïnvloeden elkaar:als de afstand ertussen iets verandert, dan verschuift ook de lichtfrequentie die de sensor kan detecteren. Hiervoor hebben de onderzoekers, begeleid door prof.dr. Andrea Fiore en universitair hoofddocent Rob van der Heijden, een MEMS (een micro-elektromechanisch systeem) ingebouwd. Dit elektromechanische mechanisme maakt het mogelijk om de afstand tussen de membranen te variëren, en daarmee de gemeten frequentie. uiteindelijk, dan, de sensor heeft een golflengtebereik van ongeveer dertig nanometer, waarbinnen de spectrometer zo'n honderdduizend frequenties kan onderscheiden, die buitengewoon nauwkeurig is. Dit wordt mogelijk gemaakt doordat de onderzoekers de afstand tussen de membranen tot op enkele tientallen femtometers nauwkeurig kunnen bepalen (10 ^-15 meter).

Om het nut aan te tonen, het onderzoeksteam demonstreerde verschillende toepassingen, inclusief gassensor. Ze maakten ook een uiterst nauwkeurige bewegingssensor door slim gebruik te maken van het feit dat de gedetecteerde frequentie verandert wanneer de twee membranen ten opzichte van elkaar bewegen.

Professor Fiore verwacht dat het nog vijf jaar of langer zal duren voordat de nieuwe spectrometer daadwerkelijk in een smartphone zit, omdat het bestreken frequentiebereik momenteel nog te klein is. Momenteel, de sensor bestrijkt slechts een paar procent van het meest voorkomende spectrum, het nabij-infrarood. Zijn groep gaat dus werken aan het uitbreiden van het detecteerbare spectrum. Ze zullen ook een extra element integreren met de micro-spectrometer:een lichtbron, waardoor de sensor onafhankelijk is van externe bronnen.

Gezien de enorme breedte van toepassingen, Microspectrometers zullen naar verwachting uiteindelijk een net zo belangrijk onderdeel van de smartphone worden als de camera. Bijvoorbeeld, CO2 meten rook detecteren, bepalen welk medicijn u heeft, meet de versheid van voedsel, het niveau van uw bloedsuikerspiegel, enzovoort.