Medições de alta precisão em escala de chip de quantidades físicas, como temperatura, pressão e índice de refração tornaram-se comuns com cavidades de ressonância nanofotônica e nanoplasmônica. Como excelentes transdutores para converter pequenas variações no índice de refração local em mudanças espectrais mensuráveis, cavidades de ressonância estão sendo amplamente utilizadas em uma variedade de disciplinas, desde sensores biológicos e medidores de pressão até espectroscopia atômica e molecular. Microrrespaço em escala de chip e ressonadores de microdisco (MRRs) são amplamente usados ​​para esses fins devido ao seu tamanho miniaturizado, relativa facilidade de design e fabricação, fator de alta qualidade, e versatilidade na otimização de sua função de transferência.

O princípio de operação de tais sensores ressonativos é baseado no monitoramento da dependência do espectro do ressonador sujeito à variação mínima em seu entorno (por exemplo, diferentes tipos de átomos e moléculas, gases, pressão, temperatura). No entanto, apesar de várias conquistas importantes, tais sensores ópticos ainda são limitados em seus desempenhos, e sua miniaturização é altamente desafiadora.

Agora, uma equipe da Universidade Hebraica de Jerusalém demonstrou um sensor no chip capaz de detectar pequenas mudanças de frequência sem precedentes. A abordagem consiste em dois ressonadores microring em cascata, com um servindo como dispositivo de detecção e o outro desempenhando o papel de referência - eliminando assim as flutuações ambientais e do sistema, como temperatura e frequência do laser.

"Aqui, demonstramos uma precisão de detecção recorde em um dispositivo com uma pegada pequena que pode ser integrado com a tecnologia CMOS padrão, pavimentando o caminho para medições ainda mais interessantes, como detecção de partícula única e termometria de escala de chip de alta precisão, "disse o Prof. Uriel Levy, Diretor do Harvey M. Krueger Family Center for Nanocience and Nanotechnology da Universidade Hebraica de Jerusalém, e membro do corpo docente do Departamento de Física Aplicada da Escola de Ciência da Computação e Engenharia Rachel e Selim Benin.

Entre as inovações que tornaram este desenvolvimento possível estão a integração da escala de chip da medição de referência, e um esquema de travamento de servo-loop que traduz os efeitos medidos do domínio óptico para o domínio de radiofrequência. Isso permitiu aos pesquisadores quantificar as capacidades do sistema usando tecnologias de RF bem estabelecidas, como contadores de frequência, analisadores de espectro, e padrões atômicos.