Os pesquisadores da ETH desenvolveram um espectrômetro infravermelho compacto. É pequeno o suficiente para caber em um chip de computador, mas ainda pode abrir possibilidades interessantes - no espaço e na vida cotidiana.

Hoje em dia, um telefone celular pode fazer quase tudo:tirar fotos ou gravar vídeos, enviar mensagens, determinar sua localização atual, e, claro, transmitir conversas telefônicas. Com esses dispositivos versáteis, pode até ser possível determinar o teor de álcool de uma cerveja ou o grau de maturação de uma fruta.

À primeira vista, a ideia de usar telefones celulares para análises químicas parece ousada. Afinal, os espectrômetros infravermelhos usados ​​para tais análises hoje geralmente pesam vários quilos e são difíceis de integrar em um dispositivo portátil. Agora, os pesquisadores da ETH Zurich deram um passo importante para transformar essa visão em realidade. David Pohl e Marc Reig Escalé, no grupo liderado por Rachel Grange, Professor de Nanomateriais Ópticos no Departamento de Física, colaborou com outros colegas para desenvolver um chip de cerca de 2 centímetros quadrados. Com isso, eles podem analisar a luz infravermelha da mesma forma que fariam com um espectrômetro convencional.

Guias de ondas em vez de espelhos

Um espectrômetro convencional divide a luz incidente em dois caminhos antes de refleti-la em dois espelhos. Os feixes de luz refletidos são recombinados e medidos com um fotodetector. Mover um dos espelhos cria um padrão de interferência, que pode ser usado para determinar a proporção de diferentes comprimentos de onda no sinal de entrada. Como as substâncias químicas criam lacunas características no espectro infravermelho, os cientistas podem usar os padrões resultantes para identificar quais substâncias ocorrem na amostra de teste e em que concentração.

Esse mesmo princípio está por trás do miniespetrômetro desenvolvido pelos pesquisadores da ETH. Contudo, em seu dispositivo, a luz incidente não é mais analisada com a ajuda de espelhos móveis; em vez de, faz uso de guias de ondas especiais com um índice de refração óptico que pode ser ajustado externamente por meio de um campo elétrico. "A variação do índice de refração tem um efeito semelhante ao que acontece quando movemos os espelhos, "Pohl explica, "portanto, esta configuração nos permite dispersar o espectro da luz incidente da mesma maneira."

Um processo de estruturação desafiador

Dependendo de como o guia de ondas está configurado, os pesquisadores podem examinar diferentes partes do espectro de luz. "Em teoria, nosso espectrômetro permite medir não apenas a luz infravermelha, mas também luz visível, desde que o guia de ondas esteja configurado corretamente, "Diz Escalé. Em contraste com outros espectrômetros integrados que podem cobrir apenas uma faixa estreita do espectro de luz, o dispositivo desenvolvido pelo grupo de Grange tem a grande vantagem de poder analisar facilmente uma ampla seção do espectro.

Junto com seu tamanho compacto, a inovação dos físicos da ETH oferece duas outras vantagens:o "espectrômetro em um chip" precisa ser calibrado apenas uma vez, em comparação com dispositivos convencionais que precisam de recalibração continuamente; e porque não contém peças móveis, requer menos manutenção.

Para seu espectrômetro, os pesquisadores da ETH empregaram um material que também é usado como modulador na indústria de telecomunicações. Este material tem muitas propriedades positivas, mas como um guia de ondas, ele confina a luz ao interior. Isso é menos do que ideal, pois a medição só é possível se parte da luz guiada puder sair. Por esta razão, os cientistas anexaram delicadas estruturas de metal aos guias de onda que espalham a luz para o exterior do dispositivo. "Foi necessário muito trabalho na sala limpa até que pudéssemos estruturar o material da maneira que queríamos, "Grange explica.

Perfeito para o espaço

Até que o miniespetrômetro atual possa realmente ser integrado a um dispositivo móvel ou outro dispositivo eletrônico, Contudo, ainda há algum progresso tecnológico a ser feito. "No momento, estamos medindo o sinal com uma câmera externa, "Grange diz, "então, se quisermos ter um dispositivo compacto, temos que integrar isso também. "

Originalmente, os físicos estavam visando, não em análises químicas, mas em uma aplicação completamente diferente:em astronomia, espectrômetros infravermelhos fornecem informações valiosas sobre objetos celestes distantes. Como a atmosfera terrestre absorve uma grande quantidade de luz infravermelha, seria ideal estacionar esses instrumentos em satélites ou telescópio no espaço. Um compacto, Um dispositivo de medição leve e estável que pode ser lançado no espaço de forma relativamente econômica ofereceria naturalmente um benefício substancial.