Исследователи уменьшили размеры химического датчика для возможности применения в мобильных устройствах

Исследователи из Корнелльского университета, задействовав новый материал и комбинированное рассеивание, приблизились к разработке химического датчика в виде чипа. По словам учёных, использование химического датчика в рамках лаборатории не представляет проблемы, однако миниатюризация такого компонента для мобильных устройств является сложной задачей.

Основа новой разработки была заложена благодаря опыту работы с фотоникой (манипулирование лучами света в наноразмерных масштабах) и материаловедению. Исследователи задействовали комбинированное (рамановское) рассеяние: лазер воздействует на молекулу, отражающую энергию в виде фотонов с различной длиной волны, зависящей от структуры и состава молекулы.

Как удалось реализовать подобные функции в масштабах микросхемы? Исследователи направляли лазер в волновод – полоску прозрачного материала из диоксида титана. Свет лазера отражался от внутренних поверхностей стенок, перемещаясь по волноводу. Поскольку высота волновода составляет несколько нм, свет выходил за пределы волновода, создавая так называемое «рассеянное поле».

Воздействие лазера вызывает рамановское рассеяние в пространстве над чипом либо в капле жидкости, нанесённой на его поверхность для анализа. Свет, отражённый от молекул жидкости, также распространяется по волноводу. Призма на конце волновода преобразует свет в спектр, который и представляет «слепок» молекулы, от которой он отразился.

Химические датчики уже разрабатывались ранее. Для этого использовались волноводы из нитрида кремния. Исследователи из Корнелльского университета задействовали новый материал – диоксид титана. Это способствовало большей чувствительности и достаточной компактности решения.

Для разработки целевого датчика в чип может быть встроен крошечный лазер, а также компонент, рассеивающий отражённый свет в виде спектра на фоточувствительный элемент. Возможным считывателем спектра может стать штатная камера мобильного устройства.