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Spectroscopy

Construyen el espectrómetro más pequeño que existe a partir de un único nanohilo

El instrumento puede abrir nuevos caminos hacia instrumentos analíticos en miniatura

by Mark Peplow, special to C&EN
September 16, 2019 | APPEARED IN VOLUME 97, ISSUE 36

 

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Credit: Science
Los electrodos metálicos (barras verticales) dividen el nanohilo (parte superior) en secciones que miden en diferentes partes del espectro visible. El cable se sitúa sobre un sustrato de silicio dentro de un chip (parte inferior) que recoge las señales eléctricas del nanohilo.

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Es el espectrómetro óptico más pequeño del mundo. Diseñado a partir de un solo nanohilo de menos de 100 µm de longitud, el dispositivo puede medir la intensidad de la luz de colores en todo el espectro visible y podría llegar a emplearse para fabricar espectrómetros en miniatura que se podrían instalar en un teléfono móvil (Science 2019, DOI: 10.1126/science.aax8814).

“Nuestro espectrómetro es aproximadamente mil veces más pequeño que cualquier espectrómetro anterior que se haya hecho público”, dice Tawfique Hasan de la Universidad de Cambridge, quien forma parte del equipo que construyó el dispositivo.

Los investigadores usan de forma rutinaria espectrómetros ópticos para estudiar la composición de los materiales, incluidas las atmósferas de exoplanetas y muestras de tejido humano. Los avances en electrónica y óptica ya han permitido desarrollar espectrómetros que se pueden manejar con una sola mano. Pero construir espectrómetros que sean aún más pequeños, de menos de unos pocos milímetros de ancho, es un gran desafío—dice Hasan—sobre todo debido a la dificultad de miniaturizar componentes ópticos como las rejillas de interferencia que dividen la luz blanca en los colores que la componen.

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Credit: Science
El espectrómetro de nanohilo realizó 900 mediciones de este león heráldico de 1 cm x 1 cm (izquierda) para ser capaz de reconstruir una imagen en color de 30 x 30 píxeles (derecha).

El espectrómetro de su equipo no emplea ningún componente óptico, sino que se basa en un nanohilo semiconductor fabricado a partir de un vapor de sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio. En un extremo, el nanohilo es principalmente seleniuro de cadmio, que absorbe la luz más roja. La composición cambia gradualmente a lo largo del cable, de modo que el extremo opuesto está compuesto principalmente por sulfuro de cadmio, que absorbe la luz azul.

En este nuevo espectrómetro, los investigadores montan uno de estos nanohilos sobre un sustrato de silicio y luego lo superponen con un peine de electrodos de indio y oro, formando hasta 38 regiones distintas a lo largo del nanohilo. Cada región responde a una longitud de onda diferente de luz visible, produciendo una corriente entre el par de electrodos a su alrededor. Luego, el software analiza estas señales y las convierte en un espectro. Hasan otorga el crédito de tener la idea del espectrómetro a su antiguo estudiante de doctorado Zongyin Yang, mientras que hacer que funcione de manera confiable es obra del estudiante Tom Albrow-Owen.

“Se trata de una investigación excelente”, dice Chennupati Jagadish, de la Universidad Nacional de Australia. “Poder usar un nanohilo como un espectrómetro es algo único”.

Para demostrar las capacidades del nanohilo, el equipo de Hasan escaneó con él una imagen de un león heráldico, combinando una serie de medidas para reconstruir una imagen en color. También lo emplearon para visualizar una célula de cebolla roja, lo que demuestra que el espectrómetro tiene una resolución espacial de aproximadamente 1 µm.

Traducido al español por Juan José Sáenz de la Torre Lasierra para C&EN. La versión original (en inglés) de este artículo está disponible aquí.

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