p Uma equipe de pesquisadores de físicos da Universidade de Harvard desenvolveu novos espectrômetros portáteis capazes de ter o mesmo desempenho de grandes, instrumentos de bancada. A inovação dos pesquisadores explicada esta semana em APL Photonics , deriva de seu trabalho inovador em metolentes. Os espectrômetros portáteis oferecem uma promessa real para aplicações que variam de diagnósticos de saúde a monitoramento ambiental e de alimentos. p Espectrômetros são instrumentos amplamente usados ​​para quantificar a presença de vários compostos biológicos ou químicos com base em sua interação com a luz. Contudo, para ser uma ferramenta prática para os usuários, como médicos ao lado do leito ou inspetores de segurança alimentar em campo, espectrômetros devem ser portáteis, baixo custo e fácil de usar, sem equipamento ou treinamento especializado. Tipicamente, Contudo, há uma compensação inerente entre o tamanho e o desempenho do espectrômetro. Para manter o desempenho enquanto reduz o tamanho do espectrômetro, esta equipe de pesquisadores desenvolveu um espectrômetro incorporando meta-lentes que combinam as funcionalidades de uma grade tradicional e espelho de foco em um único componente, além de ter uma capacidade muito maior de separar espacialmente comprimentos de onda (a chamada dispersão). Em tudo, o tamanho geral do espectrômetro é significativamente reduzido sem sacrificar o desempenho.

p “Esta pesquisa tem suas raízes em 2011, quando estávamos investigando as propriedades fundamentais da luz enquanto ela interage com metamateriais bidimensionais (metassuperfície) e descobrimos leis generalizadas para a refração e reflexão da luz para metassuperfície, que são generalizações poderosas das leis dos livros válidas para superfícies comuns, "explicou Federico Capasso, de Harvard.

p Ao contrário das lentes refratárias tradicionais que têm milímetros de espessura e têm uma superfície curva característica, uma meta-lente é uma lente completamente plana ou plana composta de milhões de nanoestruturas. Usando técnicas litográficas, o posicionamento e a fabricação adequados dessas nanoestruturas permitem funcionalidades semelhantes ou melhores em comparação com as lentes tradicionais. Essas meta-lentes podem ser personalizadas de acordo com as especificações do usuário, e produzidos em massa usando as mesmas fundições que produzem chips de computador. "Por estas razões, acreditamos que as meta-lentes mudam o jogo, "Capasso disse." Na verdade, nosso trabalho em metalenses no visível, publicado no ano passado, foi saudado pela revista Science como um dos maiores avanços do ano em 2016. "

p "As aplicações potenciais desses novos espectrômetros menores são significativas para o monitoramento portátil de compostos biológicos e químicos", disse Alex Zhu, autor principal do artigo. "Por exemplo, os médicos podem trazer recursos de diagnóstico de nível hospitalar para pacientes em campo, onde equipamentos sofisticados e pessoal altamente treinado não estão disponíveis, fornecendo dados em uma escala de tempo de minutos a horas, em oposição a dias ou semanas de métodos baseados em química usuais. "O mesmo é verdadeiro para monitoramento ambiental:dados sobre poluentes, ou produtos químicos tóxicos podem ser coletados e processados ​​em tempo real no local em vários locais com equipamentos ultracompactos, espectrômetros de alto desempenho.

p A próxima etapa para realizar todo o potencial desses metaespetrômetros é melhorar o desempenho do protótipo tanto para a faixa de comprimento de onda de trabalho quanto para a resolução espectral. Isso permitiria que fosse usado para uma ampla variedade de análises, incluindo aqueles altamente especializados para identificar proteínas ou marcadores de genes (espectroscopia Raman), que normalmente envolvem processos onerosos com equipamentos sofisticados em um laboratório de grande porte.

p "O objetivo é ser capaz de alcançar níveis comparáveis ​​de desempenho com um dispositivo simples de dois componentes 'plug-and-play', ou seja, uma meta-lente e um detector, que juntos funcionam como um metaespectrômetro, "Disse Zhu." O potencial para isso já existe na tecnologia de meta-lentes; é simplesmente uma questão de encontrar as configurações certas e fazer com que funcionem. "