Piilotettu visuaalinen tieto esiin

Spektrometrejä käytetään laajasti kaikkialla teollisuudessa ja tutkimuksessa valon havaitsemiseen ja analysointiin. Spektrometrit mittaavat valon spektriä – sen voimakkuutta eri aallonpituuksilla, kuten sateenkaaren värejä – ja ne ovat olennainen väline näytteiden ja materiaalien tunnistamisessa ja analysoinnissa. Integroidut, elektroniseen siruun asennettavat spektrometrit hyödyttäisivät suuresti erilaisia teknologioita, kuten laaduntarkastusjärjestelmiä, turvallisuusantureita, biolääketieteen analysaattoreita, terveydenhuollon diagnostiikkaa, ympäristön seurantavälineitä ja avaruusteleskooppeja.

Aalto-yliopiston tutkijoiden johtama kansainvälinen tutkimusryhmä on kehittänyt erittäin herkkiä spektrometrejä, joissa sekä spektri- että amplitudiresoluutio on huippuluokkaa ja kaistanleveys laaja. Tässä käytetään vain yhtä mikrosirun kokoista detektoria eli niin sanottua ilmaisinlaitetta. Tämän uuden erittäin pienen laitteen taustalla oleva tutkimus julkaistiin tänään Science -lehdessä.

"Yhden detektorin spektrometriämme voidaan kutsua monitoimilaitteeksi. Suunnittelimme tämän optoelektronisen ”lab-on-a-chip” tekoälyllä ja se korvaa perinteiset laitteet, kuten optiset ja mekaaniset komponentit. Siksi spektrometrimme ei vaadi erillisiä suurikokoisia komponentteja tai hiloja valon hajottamiseksi ja suodattamiseksi. Se tuottaa korkean resoluution tuloksia, aivan vastaavia kuin vertailujärjestelmissä, mutta paljon pienemmässä laitekoossa," tutkijatohtori Hoon Hahn Yoon sanoo.

"Tällä sormenpäänkokoisella spektrometrillä voimme mitata valon voimakkuuden jokaisella aallonpituudella, aina näkyvän spektrin ulkopuolelle asti. Laite on täysin sähköisesti hallittavissa, joten sen skaalautuvuus ja integrointimahdollisuudet ovat erinomaiset. Sen integroiminen suoraan kannettaviin laitteisiin, kuten älypuhelimiin ja drooneihin, voi parantaa jokapäiväistä elämäämme. Entäpä jos älypuhelimien seuraava kamerasukupolvi olisikin hyperspektrikamerat, jotka voisivat olla värikameroita tarkempia", hän lisää.

Spektrometrien pienentäminen on olennaista sirujen ja upotettavien sovellusten käytön kannalta. Professori Zhipei Sun sanoo, että: "Perinteiset spektrometrit ovat tilaa vieviä, koska ne tarvitsevat optisia ja mekaanisia komponentteja, joten niiden sirusovellukset ovat rajallisia. Tällä alalla on kasvava tarve parantaa spektrometrien suorituskykyä ja käytettävyyttä. Tästä näkökulmasta pienikokoiset spektrometrit ovat erittäin tärkeitä tuleville sovelluksille, jotta ne tarjoavat korkeatasoista suorituskykyä ja uusia toimintoja kaikilla tieteen ja teollisuuden aloilla."

Professori Pertti Hakonen lisää: "Suomi ja Aalto ovat panostaneet fotoniikan tutkimukseen viime vuosina. Esimerkiksi Suomen Akatemian kvanttiteknologian huippuyksikkö, Fotoniikan tutkimuksen ja innovaatioiden lippulaiva (PREIN), InstituteQ ja mikro- ja nanoteknologioiden infrastruktuuri OtaNano ovat tukeneet sitä paljon. Uusi spektrometrimme on selkeä osoitus näiden yhteisten ponnistelujen onnistumisesta. Uskon, että resoluution ja tehokkuuden parantuessa nämä spektrometrit voivat tarjota uusia välineitä myös kvanttitiedon käsittelyyn."

Akatemiatutkija Hoon Hahn Yoon ja professorien Zhipei Sun ja Pertti Hakonen lisäksi Aalto-yliopiston tutkijatohtorit Henry A. Fernandez ja Faisal Ahmed, tohtorikoulutettavat Fedor Nigmatulin, Xiaoqi Cui, Md Gius Uddin sekä professori Harri Lipsanen osallistuivat tutkimukseen. Professori Ethan D. Minot Oregonin osavaltionyliopistosta osallistui työhön vierailevana tutkijana Aalto-yliopistossa vuoden ajan. Aalto-yliopiston johtamaan kansainväliseen tutkimusryhmään kuuluivat myös Weiwei Cai (Shanghain Jiao Tong -yliopisto), Zongyin Yang (Zhejiangin yliopisto), Hanxiao Cui (Sichuanin yliopisto), Kwanpyo Kim (Yonsein yliopisto) ja Tawfique Hasan (Cambridgen yliopisto).

Lisätietoja:
Tutkijatohtori Hoon Hahn Yoon
Aalto-yliopisto
[email protected]

Professori Zhipei Sun
Aalto-yliopisto
[email protected]
Puhelin 050 4302 820

Professori Pertti Hakonen
Aalto-yliopisto
[email protected]
Puhelin 050 3442 316