Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà vật lý đã phát triển một công cụ cơ học nhanh và nhạy bén để đo ánh sáng. Máy đo áp suất nano graphene là loại nhanh nhất và nhạy nhất và nó đã sẵn sàng để phát hiện gần như mọi màu sắc của ánh sáng ở tốc độ cao và cho phép thu được các phép đo ở nhiệt độ cao hơn khi đo ở nhiệt độ phòng.
Một nhóm các nhà vật lý của Đại học Oregon đã phát triển một máy đo tốc độ nhanh, nhạy bén để có thể đo ánh sáng ở cao hơn nhiệt độ phòng.
Công nghệ của Phòng thí nghiệm Alemán, được gọi là “máy đo lực cơ nano graphene” đã thúc đẩy một phương pháp mới với vật liệu siêu mỏng và có thể được sử dụng rộng rãi trong mọi thứ, từ thiên văn học và y học đến chữa cháy.
“Công cụ này là công cụ nhanh nhất và nhạy nhất trong lớp”, ông Stewamín Alemán, giáo sư vật lý tại Đại học Oregon và là thành viên của Trung tâm Khoa học Quang học, Phân tử và Lượng tử của UO và là cộng sự của Phil và Penny, nói.
Thiết bị trên bao gồm một mảnh graphene hình trampoline được treo trên một lỗ đã cung cấp một giải pháp thay thế cho các máy dò ánh sáng điện tử thông thường giống như những gì được tìm thấy trong máy ảnh của điện thoại thông minh. Thay vào đó, Alemán Lab sử dụng phương pháp cơ học để liên kết ánh sáng hấp thụ với những thay đổi nhỏ trong tần số cộng hưởng cơ học của tấm bạt lò xo graphene.
Cách thức hoạt động của công nghệ tương tự như hiệu ứng đập trống vào một ngày nóng. Khi nhạc cụ nóng lên dưới ánh mặt trời đường ống sau đó màng đầu trống sẽ mở rộng và cường độ của nó thay đổi – từ đó sẽ phát ra âm thanh khác với nhiệt độ lạnh hơn.
Các sóng ánh sáng làm điều tương tự với một máy đo lực cơ. Khi ánh sáng chiếu vào mặt trống của thiết bị, màng nóng lên, mở rộng và cường độ rung thay đổi. Các nhà vật lý có thể theo dõi những thay đổi cường độ này để đo lượng ánh sáng chiếu vào thiết bị.
Đây là một cách rất mới để phát hiện ánh sáng. Các nhà khoa học đang sử dụng một phương pháp hoàn toàn cơ học để biến ánh sáng thành âm thanh. Điều này có lợi thế là có thể nhìn thấy phạm vi ánh sáng rộng hơn nhiều.
Các máy dò thông thường rất đáng tin cậy khi đọc ánh sáng năng lượng cao như ánh sáng nhìn thấy hoặc tia X, nhưng kém tinh tế hơn khi đo các bước sóng dài hơn trên phổ điện từ, bao gồm cả sóng hồng ngoại và sóng vô tuyến. Còn với thiết bị cơ học này sẽ lấp đầy khoảng trống đó và cho phép phát hiện ánh sáng gần như bất kỳ bước sóng nào – có thể đặc biệt hữu ích trong các quan sát thiên văn, hình ảnh cơ thể nhiệt và y tế và nhìn sâu vào tia hồng ngoại.
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thiết bị này bằng cách trước tiên kéo căng một tấm nguyên tử mỏng trên một lỗ được khắc vào một miếng silicon. Sau đó, bằng cách sử dụng một kỹ thuật chùm ion tập trung được phát triển trước đây trong phòng thí nghiệm, họ đã cắt tấm để giống với tấm bạt lò xo. Thiết bị này chỉ bằng một phần mười chiều rộng của một sợi tóc người, trong khi vật liệu được sử dụng cho tấm bạt lò xo thậm chí còn nhỏ hơn – một nguyên tử dày, mỏng hơn khoảng một triệu lần so với sợi tóc đó.
“Hệ thống này sử dụng graphene, chỉ là một lớp nguyên tử duy nhất. Nó nhỏ như nó có thể.” Andrew Blaikie, một sinh viên tiến sĩ khác trong Phòng thí nghiệm Alemán và là tác giả chính của bài báo, được công bố trên tạp chí Nature Communications trong tuần này.
Graphene, một vật liệu được phát hiện vào năm 2004 là thành phần chính cho sự thành công của công nghệ này. Mặc dù nó là vật liệu mỏng nhất có thể nhưng graphene mạnh hơn thép gấp 200 lần. Nó đã giành giải thưởng Nobel Vật lý năm 2010 vì tiềm năng cách mạng hóa vật lý và kỹ thuật.
Tính chất cơ học của graphene cho phép vật liệu phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ cực kỳ nhanh cho phép nó đo ánh sáng với tốc độ nhanh như nhau.
Graphene đưa ra một triển vọng đáng kinh ngạc cho việc phát hiện ánh sáng siêu nhạy và cực nhanh. Nó cũng sở hữu một khả năng vô song để đo gần như bất kỳ bước sóng ánh sáng nào và có thể chịu được nhiệt độ cao hơn nhiều so với các máy dò thông thường.
Nhóm các nhà vật lý đã có thể khai thác sức mạnh của graphene thông qua phương pháp cơ học để đo ánh sáng. Vật liệu này đã hoạt động kém thông qua các phương pháp truyền thống sử dụng điện trở để đo ánh sáng – chủ yếu là do điện trở phụ thuộc nhiệt độ của nó và cần được làm lạnh đến nhiệt độ ultralow để có ích trong các máy dò thông thường.
Khi các nhà nghiên cứu nhận ra rằng họ có thể biến ánh sáng thành âm thanh thông qua phương pháp cơ học của mình thì họ đã có thể mở một khóa triển vọng của graphene và tạo ra thiết bị siêu nhạy, siêu nhạy vượt trội và vượt xa nhiệt độ phòng.
Khả năng của nó để thực hiện ở một phạm vi nhiệt độ rộng như vậy là một trong những phẩm chất lợi thế nhất của thiết bị khi đo ánh sáng. Nó có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng, cho phép tính di động quan trọng và nó có thể hoạt động dưới nhiệt độ cao, đó là một lợi ích mà các máy dò ánh sáng truyền thống không cung cấp. Nhiều máy dò không thành công với “hiệu ứng cháy nắng” khi chúng bắt đầu bị hỏng khi nhiệt độ tăng đột biến.
Graphene là một vật liệu ổn định nhiệt có thể chịu được nhiệt độ trên 2.000 độ C, do đó máy dò của các nhà khoa học không giống như máy dò điện tử, có thể chụp ảnh trên các hành tinh nóng như Sao Kim hoặc Sao Thủy.
Tính linh hoạt và tính siêu nhạy của nó có khả năng làm cho máy đo lực cơ nano trở thành một công cụ hữu ích trong nhiều lĩnh vực khoa học, y học, sản xuất công nghiệp và thiên văn học. Phòng thí nghiệm Alemán đã có bằng sáng chế cho công nghệ với Văn phòng nhãn hiệu và bằng sáng chế Hoa Kỳ.
“Chúng tôi hy vọng thiết bị này sẽ giúp các nhà khoa học giải mã những bí ẩn về mặt trời và các ngôi sao khác của chúng tôi, cải thiện chẩn đoán y tế thông qua hình ảnh X quang nhiệt an toàn hơn và giúp lính cứu hỏa nhìn rõ hơn trong các đám cháy để cứu nhiều mạng sống hơn”, Alemán nói.
Quỹ khoa học quốc gia hỗ trợ nghiên cứu.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Oregon . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :