Onderzoekers hebben ’s werelds kleinste LED gemaakt

Onderzoekers verbonden aan SMART, een Singaporese instelling verbonden aan het prestigieuze Massachusetts Institute of Technology, hebben ’s werelds kleinste LED gemaakt. Ze hebben ook een 3D-systeem ontwikkeld dat, samen met deze kleine diode, het mogelijk kan maken om van een simpele smartphone een microscoop met hoge resolutie te maken.

Deze studie is een voortzetting van ander werk aan fotonische chips – componenten die geen elektronen bevatten, maar eerder de fotonen waaruit licht bestaat om een ​​functioneel circuit te bouwen.

Deze systemen hebben een groot potentieel in veel optica-afhankelijke disciplines. Het probleem is dat er tot nu toe geen lobiot was die klein genoeg was om in deze microchips te worden ingebouwd. Dus de huidige fotonische chips zijn afhankelijk van een externe lichtbron, wat hun praktisch belang enorm beperkt.

Verrassend krachtige nanodiode

Om deze leemte op te vullen, hebben Singaporese onderzoekers deze LED als geen ander ontworpen. Ze beweren van wel kleiner dan de golflengte van licht Ter referentie: zichtbaar licht stopt bij 780 nanometer, wat de grens is tussen zichtbaar rood en infrarood, wat aangeeft dat de diode hooguit een paar honderd nanometer is, en dus zo’n 50 tot 500 keer dunner dan een mensenhaar.

En het is niet alleen een proof of concept. Deze nano-LED is in staat om een ​​relatief intens, gelijkmatig licht te produceren Het kan worden vergeleken met veel grotere binaries. Dus konden ze het rechtstreeks in een kleine CMOS-sensor integreren, samen met vele andere optische en elektronische componenten, allemaal op één enkele chip.

Een ideaal onderdeel voor 3D-microscopen

Deze sensor werd vervolgens geïntegreerd in een 3D-microscoop. Het is een type microscoop dat traditionele optica mist. Het licht gaat niet door een set lenzen en spiegels; In plaats daarvan wordt het licht naar een digitale sensor gestuurd om een ​​3D-weergave van het object te creëren. Deze gegevens worden vervolgens verwerkt door een computer die verantwoordelijk is voor het produceren van het uiteindelijke beeld.

Dit is in de praktijk meestal de meest gecompliceerde stap. Om het uiteindelijke beeld met een acceptabele mate van nauwkeurigheid te reconstrueren, moet je inderdaad een hele reeks variabelen beheersen die soms moeilijk te beheersen zijn. Anders kan het resultaat te luidruchtig zijn of kunnen er visuele afwijkingen optreden.

Om deze problemen te omzeilen, werd deze laatste stap geïmplementeerd met behulp van een kunstmatig neuraal netwerk. Het is duidelijk dat de manipulatie opmerkelijk goed werkte. De onderzoekers zeggen dat hun apparaat nauwkeurigere beelden kan produceren dan een standaard lichtmicroscoop, maar zonder de beperkingen van lenspositionering en kalibratie.

In hun onderzoekspaper berekenden de auteurs dat de nauwkeurigheid van hun apparaten in de orde van grootte was 20 µm. Ter referentie: de gemiddelde haardiameter ligt gewoonlijk tussen 50 en 200 μm. Dit is nog ver verwijderd van professionele optische microscopen. De meest efficiënte kan al details van enkele honderden nanometers onderscheiden. Maar het is nog steeds behoorlijk indrukwekkend zo’n proof of concept, dat in de toekomst ongetwijfeld zal worden verbeterd.

Microscopen binnenkort in onze smartphones?

Dit concept kan dus zeer snel in echte tools worden geïntegreerd. De onderzoekers noemen bijzondere toepassingen in de planten- en mensbiologie. Met zo’n microscoop kun je met groot gemak cellen nauwkeurig bestuderen.

De auteurs suggereren dat deze technologie gemakkelijk kan worden geïntegreerd in een gewone smartphone. Het volstaat om de nodige optische circuits in de apparaatchip te integreren en dit beroemde nanolicht op het vlak van het beeldblok te plaatsen. We kunnen ons dus voorstellen dat sommige mobiele telefoons over een paar jaar een echte microscoop goed en gepast kunnen dragen.

Studietekst is beschikbaar hier.