22 مارس 2023 – توسط دانشگاه صنعتی دلفت-برداشت هنرمندان از حسگر ترامپولین شکل. پرتو لیزری که از وسط غشای ترامپولین می گذرد باعث ایجاد ارتعاشات اورتون در داخل ماده می شود. اعتبار: Sciencebrush
فیزیکدانان دانشگاه صنعتی دلفت با ترکیب دو تکنیک برنده جایزه نوبل برای اولین بار، فناوری جدیدی را بر روی یک ریزتراشه ساخته اند. این ریزتراشه می تواند فواصل را در مواد با دقت بالا اندازه گیری کند – به عنوان مثال، در زیر آب یا برای تصویربرداری پزشکی.
از آنجایی که این فناوری به جای نور از ارتعاشات صوتی استفاده می کند، برای اندازه گیری موقعیت با دقت بالا در مواد مات مفید است. این ابزار می تواند به تکنیک های جدیدی برای نظارت بر آب و هوای زمین و سلامت انسان منجر شود. این اثر در Nature Communications منتشر شده است.
تکنولوژی ساده و کم مصرف
ریزتراشه عمدتاً از یک ورق سرامیکی نازک تشکیل شده است که به شکل ترامپولین است. این ترامپولین دارای حفره هایی است که تعامل آن با لیزر را افزایش می دهد و ضخامتی حدود 1000 برابر کمتر از ضخامت یک مو دارد. دکتر. ماتییس دی یونگ، کاندیدای آزمایشگاه ریچارد نورته، ترامپولین‌های کوچک را مطالعه کرد تا بفهمد اگر یک پرتو لیزر ساده به سمت آنها نشانه بگیرند، چه اتفاقی می‌افتد.
سطح ترامپولین به شدت شروع به لرزیدن کرد. با اندازه گیری نور لیزر منعکس شده از سطح ارتعاشی، این تیم متوجه الگویی از ارتعاشات به شکل یک شانه شدند که قبلاً آن را ندیده بودند. آنها متوجه شدند که علامت شانه مانند ترامپولین به عنوان یک خط کش برای اندازه گیری دقیق فاصله عمل می کند.
این فناوری جدید می تواند برای اندازه گیری موقعیت در مواد با استفاده از امواج صوتی مورد استفاده قرار گیرد. چیزی که آن را خاص می کند این است که به سخت افزار دقیقی نیاز ندارد و بنابراین تولید آن آسان است.
“این فقط نیاز به قرار دادن لیزر دارد و هیچ چیز دیگری. هیچ نیازی به حلقه های بازخورد پیچیده یا تنظیم پارامترهای خاص برای اینکه فناوری ما به درستی کار کند وجود ندارد. این خاصیت آن را به یک فناوری بسیار ساده و کم مصرف تبدیل می کند که کوچک کردن آن بسیار آسان تر است. نورت می‌گوید روی یک ریزتراشه. زمانی که این اتفاق بیفتد، ما واقعاً می‌توانیم این حسگرهای ریزتراشه را با توجه به اندازه کوچکشان در هر جایی قرار دهیم.»
این فناوری جدید مبتنی بر دو تکنیک نامرتبط برنده جایزه نوبل به نام‌های تله‌گذاری نوری و شانه‌های فرکانس است. نورت می‌گوید: «نکته جالب این است که هر دوی این مفاهیم معمولاً به نور مربوط می‌شوند، اما این میدان‌ها هیچ همپوشانی واقعی ندارند. ما به‌طور منحصربه‌فردی آنها را برای ایجاد یک فناوری میکروچیپ با استفاده آسان بر اساس امواج صوتی ترکیب کرده‌ایم. سهولت استفاده می تواند پیامدهای قابل توجهی برای نحوه اندازه گیری دنیای اطرافمان داشته باشد.”
نت همساز
هنگامی که محققان یک پرتو لیزر را به سمت ترامپولین کوچک نشانه رفتند، متوجه شدند که نیروهایی که لیزر بر روی آن اعمال می‌کند، ارتعاشات شدیدی را در غشاهای ترامپولین ایجاد می‌کند. نورت توضیح می دهد: “این نیروها تله نوری نامیده می شوند، زیرا می توانند با استفاده از نور ذرات را در یک نقطه به دام بیندازند. این تکنیک برنده جایزه نوبل در سال 2018 شد و به ما امکان می دهد حتی کوچکترین ذرات را با دقت بسیار زیاد دستکاری کنیم.”
“می توانید اهنگ های موجود در ترامپولین را با نت های خاصی از ویولن مقایسه کنید. نت یا فرکانس تولید ویولن به جایی که انگشت خود را روی سیم قرار می دهید بستگی دارد. اگر سیم را خیلی آرام لمس کنید و آن را با کمان بنوازید، می‌توانید تون‌هایی ایجاد کنید؛ یک سری نت‌ها در فرکانس‌های بالاتر. در مورد ما، لیزر هم به عنوان لمس نرم و هم به عنوان کمان عمل می‌کند تا ارتعاشات اوورتون را در غشای ترامپولین ایجاد کند.
پل زدن دو میدان موفقیت
نورته می‌گوید: «شانه‌های فرکانس نوری در آزمایشگاه‌های سراسر جهان برای اندازه‌گیری بسیار دقیق زمان و اندازه‌گیری فواصل استفاده می‌شوند.
“آنها به طور کلی برای اندازه گیری ها بسیار مهم هستند که اختراع آنها در سال 2005 جایزه نوبل دریافت کرد. ما یک نسخه صوتی از یک شانه فرکانس ساخته ایم که از ارتعاشات صوتی در غشاء به جای نور ساخته شده است. برای مثال شانه های فرکانس صوتی می توانند ایجاد کنند. اندازه گیری موقعیت در مواد مات، که از طریق آنها ارتعاشات می توانند بهتر از امواج نور منتشر شوند.”
این فناوری به عنوان مثال می‌تواند برای اندازه‌گیری‌های دقیق در زیر آب برای نظارت بر آب و هوای زمین، برای تصویربرداری پزشکی و برای کاربرد در فناوری‌های کوانتومی استفاده شود.»
