Une équipe de physiciens de l'UO a mis au point une nouvelle façon de mesurer la lumière :utiliser des tambours microscopiques pour entendre la lumière.

La technologie du Alemán Lab, connu sous le nom de « bolomètre nanomécanique de graphène, " s'appuie sur une nouvelle méthode et un nouveau matériau prometteur pour détecter presque toutes les couleurs de lumière à haute vitesse et à haute température.

"Cet outil est le plus rapide et le plus sensible de sa catégorie, " a déclaré Benjamín Alemán, professeur de physique et membre du Center for Optical de l'UO, Moléculaire, et Quantum Science et un associé du Phil et Penny Knight Campus pour l'accélération de l'impact scientifique.

L'appareil offre une alternative à la manière conventionnelle d'utiliser l'électricité pour mesurer la lumière, que l'on trouve dans des appareils comme l'appareil photo d'un smartphone. Au lieu, cette méthode mécanique capte les vibrations de tambours infiniment minces causées par la lumière. Les physiciens obtiennent des mesures en écoutant le son de la lumière absorbée par la peau du tambour.

La façon dont la technologie fonctionne est similaire à l'effet de frapper un tambour par une journée chaude. Alors que l'instrument chauffe sous le soleil brûlant, la membrane de la peau de tambour se dilate et sa hauteur change, émettant une tonalité différente de ce qu'elle serait à des températures plus froides.

Les ondes lumineuses font la même chose aux bolomètres mécaniques. Alors que la lumière frappe la peau de l'appareil, la membrane chauffe, se développe, et la hauteur vibratoire change. Les physiciens peuvent suivre ces changements de hauteur pour mesurer la quantité de lumière qui frappe l'appareil.

"C'est une toute nouvelle façon de détecter la lumière, " a déclaré David Miller, doctorant au Alemán Lab. "Nous utilisons une méthode purement mécanique pour transformer la lumière en son. Cela a l'avantage de pouvoir voir une gamme de lumière beaucoup plus large."

Il poursuit en expliquant que les détecteurs conventionnels sont très fiables pour lire la lumière à haute énergie, comme la lumière visible ou les rayons X, mais moins apte à mesurer les plus grandes longueurs d'onde sur le spectre électromagnétique, y compris les ondes infrarouges et radio. Le dispositif mécanique comble ce vide et permet aux physiciens de détecter la lumière de presque n'importe quelle longueur d'onde, qui pourrait être particulièrement utile dans les observations astronomiques, l'imagerie thermique et médicale du corps et la vision profonde dans l'infrarouge.

L'équipe a construit l'appareil en étirant d'abord une fine feuille d'atomes sur un trou gravé dans un morceau de silicium. Puis, en utilisant une technique développée précédemment en laboratoire, ils ont coupé la feuille pour ressembler à un trampoline-un vraiment, très petit trampoline.

L'appareil mesure un dixième de la largeur d'un cheveu humain, tandis que le matériau utilisé pour le trampoline est encore plus petit - un seul atome d'épaisseur, environ un million de fois plus mince que cette même mèche de cheveux.

"Ce système utilise du graphène, qui n'est qu'une seule couche d'atomes. C'est aussi petit que possible", a déclaré Andrew Blaikie, un autre doctorant au Alemán Lab et auteur principal de l'article, qui a été publié dans Communication Nature cette semaine.

Graphène, un matériau découvert en 2004, est l'ingrédient clé du succès de la technologie. C'est un petit, mais puissant, Matériel. Bien qu'il s'agisse du matériau le plus fin possible, Le graphène est 200 fois plus résistant que l'acier et extraordinairement flexible. Son découvreur a même remporté le prix Nobel de physique 2010 pour son potentiel à révolutionner la physique et l'ingénierie.

Les propriétés mécaniques du graphène permettent au matériau de répondre aux changements de température incroyablement rapidement, ce qui lui permet de mesurer la lumière à des vitesses tout aussi rapides.

"Le graphène offrait une perspective alléchante pour la détection de la lumière ultrasensible et ultrarapide, " a déclaré Blaikie. " Il possède également une capacité inégalée à mesurer presque toutes les longueurs d'onde de la lumière et peut résister à des températures beaucoup plus élevées que les détecteurs conventionnels. "

L'équipe de physiciens a pu exploiter les pouvoirs du graphène grâce à son approche mécanique de la mesure de la lumière. Tout en débordant de potentiel de détection de lumière, le matériau a mal fonctionné grâce aux méthodes traditionnelles d'utilisation de la résistance électrique pour mesurer la lumière, principalement en raison de son besoin d'être refroidi à des températures ultra-basses pour être utile dans les détecteurs conventionnels.

Quand ils ont réalisé qu'ils pouvaient transformer la lumière en son grâce à leur méthode mécanique, ils ont su débloquer les perspectives du graphène et créer l'ultrarapide, appareil ultrasensible qui excelle, et bien au-dessus, température ambiante.

Sa capacité à fonctionner dans une si large plage de températures est l'une des qualités les plus avantageuses de l'appareil lorsqu'il s'agit de mesurer la lumière, Blaikie a expliqué. Il peut fonctionner à température ambiante, qui permet une portabilité critique, et il peut fonctionner à haute température, ce qui est un avantage que les détecteurs de lumière traditionnels n'offrent pas, car beaucoup d'entre eux échoueront à ce que l'on appelle "l'effet coup de soleil, " quand ils commencent à se dégrader lorsque les températures grimpent.

"Le graphène est un matériau thermiquement stable qui peut résister à des températures supérieures à 2, 000 degrés Celsius, " a déclaré Blaikie.

Sa polyvalence et sa nature ultrasensible positionnent le bolomètre nanomécanique comme un outil utile dans de nombreux domaines scientifiques, Médicament, fabrication industrielle et astronomie. Le laboratoire Alemán a un brevet en instance pour la technologie.

"Nous espérons que cet appareil aidera les scientifiques à percer les mystères de notre soleil et d'autres étoiles, améliorer les diagnostics médicaux grâce à une imagerie thermique aux rayons X plus sûre, et aider les pompiers à mieux voir dans les incendies pour sauver plus de vies, " a déclaré Alemán.