Investigadores estadounidenses han presentado una matriz de dispositivos electrónicos de estado sólido que produce luz modulada en el tiempo en longitudes de onda sintonizables. Los posibles usos del dispositivo incluyen la espectroscopia de compresión, que es mucho más fácil de realizar fuera del laboratorio que la espectroscopia convencional.

Tradicionalmente, dispositivos como los espectrómetros ópticos utilizan una única fuente de luz de banda ancha para iluminar una muestra antes de utilizar rejillas de difracción u otros dispositivos ópticos para medir la luz emitida o absorbida en función de su longitud de onda. Es posible reducir esto a la microescala utilizando técnicas como los filtros de puntos cuánticos coloidales, pero estos requieren una fuente de luz de banda ancha adecuada. Además, estos son detectores pasivos, lo que significa que producen una señal que puede ser difícil de separar de la luz ambiental.

Un enfoque alternativo, que evita la necesidad de una medición espectralmente sensible, es variar la longitud de onda de la luz de iluminación.

viviana wang de la Universidad de California, Berkeley, explica el principio: “Digamos que tienes una manzana o algo que se ve de cierto color a tus ojos: ¿cómo caracterizas eso cuantitativamente? Puede hacer brillar una fuente que contenga una gama muy amplia de longitudes de onda sobre el objeto y luego medir las longitudes de onda que salen usando un espectrómetro, o puede hacer brillar diferentes colores de luz sobre el objeto y luego simplemente medir la luz total reflejada de vuelta en un detector de un solo punto para cada uno de esos colores”.

Detección de bloqueo

Una ventaja de este último enfoque es que la longitud de onda y/o la intensidad de la radiación incidente se pueden modular a una frecuencia controlada, por lo que la señal en la luz detectada es fácil de separar del ruido. “Cuando tienes algo que está intrínsecamente pulsado, puedes detectar la emisión de luz usando algo llamado detección de bloqueo”, explica Wang.

La fabricación de múltiples LED en el mismo chip puede ser difícil o incluso imposible, lo que limitaría la cantidad de longitudes de onda diferentes que podrían incluirse. Sin embargo, en 2020, Wang y sus colegas de UC Berkeley, dirigidos por ali javey había hecho un descubrimiento sorprendente.

“Habíamos estado jugando con materiales semiconductores bidimensionales y descubrimos que, cuando los colocamos sobre capacitores en obleas de silicio, emiten luz por excitación eléctrica”, dice Wang. "Descubrimos que también podemos obtener emisiones impulsadas eléctricamente de otros materiales usando capacitores impulsados ​​por pulsos... La razón por la que esto funciona es realmente complicada y se describe en algunos de nuestros artículos anteriores".

Ahora, el equipo ha llevado esta innovación a un paso importante hacia una aplicación de ingeniería real. Montaron una red de redes de nanotubos de carbono conductivos, cada uno con su propia entrada de corriente, encima de una capa de dióxido de silicio, que a su vez se colocó sobre una capa de silicio dopado. En estas redes de nanotubos de carbono depositaron 49 materiales electroluminiscentes diferentes, que van desde puntos cuánticos de seleniuro de cadmio hasta los materiales activos en los LED orgánicos. Cuando conectaron el chip a una fuente de alimentación de corriente alterna, pudieron producir luz multicolor con longitudes de onda sintonizables, porque cargar cualquier capacitor individual haría que el emisor en la parte superior se iluminara.

Algoritmo informático compresivo

“Si queremos crear diferentes combinaciones de luz, podemos encender diferentes combinaciones de dispositivos al mismo tiempo”, dice Wang. Luego, los investigadores utilizan un algoritmo informático de compresión para estimar el espectro de reflexión completo en función de la información proporcionada por las reflexiones de cada pulso.

Además de la espectroscopia, los investigadores dicen que el dispositivo tiene aplicaciones potenciales en otras áreas, como la microscopia. El equipo ahora está trabajando para hacer que su matriz sea comercialmente viable.

El espectrómetro de imágenes se adelgaza

“Hemos demostrado algunas posibilidades interesantes para la estructura de este dispositivo, como crear nuevos ejemplos de medición espectral, pero en este momento estamos tratando de mejorar el rendimiento de estos dispositivos, como el brillo, la eficiencia y la estabilidad”, dice Wang.

La matriz se describe en un artículo en Science Advances.

“Este es un documento muy interesante y potencialmente muy importante”, dice Zong Fu Yu de la Universidad de Wisconsin-Madison; “Resuelven algunos de los problemas del método tradicional [de detección espectral] donde se necesita un instrumento voluminoso como fuente de luz sintonizable. Yu y un colega propusieron inicialmente la idea de la detección por compresión en 2014: "Generaba un gran interés en la industria, pero no teníamos idea de cómo realizaríamos la fuente de luz en ese momento", dice; “Más tarde, hicimos un trabajo con una fuente de luz fija usando filtros, pero antes de leer este artículo ayer, no tenía idea de cómo la gente podía obtener una fuente de luz sintonizable con un rango espectral tan diverso”.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/multicoloured-light-source-gives-compressive-spectroscopy-a-boost/