Фізики розробили мікроспектрометр на основі мембран з фотонних кристалів і фотодіоду з квантових точок, за допомогою якого можна отримувати інфрачервоні спектри речовин з роздільною здатністю менше одного пікометра. Розмір робочої області такого спектрометра становить 225 квадратних мікрон, а загальна площа всього пристрою не перевищує чверті квадратного міліметра, пишуть вчені в статті в.
Інфрачервона спектроскопія активно використовується для визначення хімічного складу тих чи інших речовин, наприклад, для аналізу складу газових сумішей або оцінки складу медичних препаратів. Щоб такі прилади стали більш доступними, вчені намагаються зробити їх якомога більш компактними, що дозволить, наприклад, вбудовувати спектрометри в мобільні пристрої. Основна проблема їх мініатюризації полягає в складності розробки надійних і компактних механізмів детектування сигналу без втрати дозволу.
Група фізиків під керівництвом Жарко Зобениці (^ arko Zobenica) з Технічного університету Ейндховена запропонувала вирішити проблему недостатньої роздільної здатності інфрачервоних мікроспектрометрів за допомогою використання в детекторі приладу фотонних кристалів. Запропонована вченими конфігурація пристрою включає в себе дві мембрани з фотонних кристалів на основі арсеніда галію, що знаходяться на дуже невеликій відстані один від одного. Ці фотонні кристали виконують у пристрої функцію оптичних мікрорезонаторів, які призводять до формування в них стоячих хвиль. Збуджений резонансний сигнал, що виникає між двома мембранами, поглинається фотодіодом на основі квантових точок і призводить до виникнення у пристрої електричного струму.
Додатково в пристрій була вбудована електромеханічна система, що дозволяє змінювати відстань між мембранами і таким чином змінювати частоту резонансного сигналу і налаштовувати прилад за довжиною хвилі. За рахунок використання технологій мікроелекторомеханічних систем (MEMS) відстань між мембранами можна змінювати з високою точністю, тому дозвіл такого пристрою по довжині хвилі склав менше одного пікометра (тобто соті частки ангстрема). При цьому площа робочої області пристрою була всього 15 ст.115 квадратних мікрон, а весь спектрометр цілком займає квадратну область зі стороною в кілька сот мікрон, так що на площі в один квадратний міліметр можна вмістити більше 4 таких пристроїв.
Створений дослідниками спектрометр покриває діапазон довжин хвиль близько 30 нанометрів - приблизно від 1290 до 1320 нанометрів. Проте навіть цього невеликого робочого діапазону виявилося достатньо для практичних цілей. Зокрема, автори роботи показали, що пристрій може бути використано як газовий сенсор або для аналізу властивостей волоконної брегівської решітки.
За твердженням вчених, їх мікроустрій, який можна помістити всередину телефону, володіє не меншою точністю, ніж повнорозмірні лабораторні спектрометри. При цьому, однак, дослідники відзначають, що діапазон спектру, в якому працює спектрометр, поки занадто малий, і, щоб вже зараз використовувати такий прилад в реальних пристроях (наприклад, смартфонах), діапазон роботи повинен бути помітно збільшений.
Деякі з подібних кишенькових спектрометрів вже намагаються запускати у виробництво. За допомогою них можна, наприклад, відрізнити деякі ліки від підроблених. Тим не менш, поки їх точність помітно поступається запропонованої конфігурації пристрою і повнорозмірним інфрачервоним спектрометрам.