包括俄勒冈州立大学材料研究人员在内的科学家开发了一种更好的光测量工具，为光学光谱学领域做出了贡献，从而可以改善从智能手机相机到环境监测的方方面面。
今天发表在《科学》杂志上的这项研究由芬兰阿尔托大学领导，并产生了一种功能强大的超小型光谱仪，该光谱仪可以安装在微芯片上，并使用人工智能进行操作。
该研究涉及一种相对较新的超薄材料，称为二维半导体，其结果是光谱仪的概念验证，可以很容易地融入各种技术，包括质量检测平台、安全传感器、生物医学分析仪和太空望远镜。
俄勒冈州立大学理学院物理学教授EthanMinot说：“我们已经展示了一种制造光谱仪的方法，这种方法比今天通常使用的要小得多。”“光谱仪测量不同波长的光强度，在许多行业和所有科学领域都非常有用，可用于识别样品和表征材料。”
传统的光谱仪需要笨重的光学和机械部件，而新设备可以安装在人类头发的末端，迈诺特说。新的研究表明，这些组件可以用新型半导体材料和人工智能代替，从而使光谱仪的尺寸从目前最小的(大约是葡萄大小)大幅缩小。
“我们的光谱仪不需要组装单独的光学和机械组件或阵列设计来分散和过滤光，”与阿尔托大学同事ZhipeiSunYoon一起领导这项研究的HoonHahnYoon说。“此外，它可以实现与台式系统相当的高分辨率，但封装要小得多。”
研究人员说，该设备在其吸收的光的颜色方面是100%电子可控的，这使其具有巨大的可扩展性和广泛可用性的潜力。
“将其直接集成到智能手机和无人机等便携式设备中可以改善我们的日常生活，”Yoon说。“想象一下，我们的下一代智能手机相机可能是高光谱相机。”
这些高光谱相机不仅可以捕获和分析可见波长的信息，还可以进行红外成像和分析。
“令人兴奋的是，我们的光谱仪为各种新的日常小工具以及进行新科学的仪器开辟了可能性，”迈诺特说。
例如，在医学领域，光谱仪已经在测试其识别人体组织细微变化的能力，例如肿瘤和健康组织之间的差异。
对于环境监测，迈诺特补充说，光谱仪可以准确地检测空气、水或地面中存在什么样的污染，以及有多少污染。
“如果有低成本的便携式光谱仪为我们做这项工作，那就太好了，”他说。“在教育环境中，使用廉价、紧凑的光谱仪进行科学概念的实践教学会更有效。”
迈诺特说，科学爱好者的应用也比比皆是。
“如果你对天文学感兴趣，你可能会对测量用望远镜收集到的光谱并让这些信息识别恒星或行星感兴趣，”他说。“如果地质学是你的爱好，你可以通过测量宝石吸收的光谱来识别宝石。”
迈诺特认为，随着二维半导体工作的进展，“我们将迅速发现利用其新颖光学和电子特性的新方法。”对二维半导体的研究只进行了十几年，首先是研究石墨烯，碳排列成一个原子厚度的蜂窝晶格。
“这真的很令人兴奋，”迈诺特说。“我相信通过研究二维半导体，我们将继续取得有趣的突破。”
除了Minot、Yoon和Sun，合作伙伴还包括来自上海交通大学、浙江大学、四川大学、延世大学和剑桥大学的科学家，以及来自阿尔托大学的其他研究人员。
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