光谱仪在很多领域都是必不可少的设备，包括工业检测、化学和生物表征以及图像传感和分析等等。为了满足行业新兴的应用及未来对便携的更高需求，光谱仪亟需在维持其高分辨率和大工作带宽的情况下小型化。
传统的光谱系统通常都很依赖笨重的光学和机械部件，而近日，一支由多国科学家构成的联合研究团队 开发了一种能够安装在发梢的超微型光谱仪。借助微芯片及人工智能，这种功能强大的光谱仪可以实现从智能手机摄像头到环境监测的多领域光测量方式。
这项研究由芬兰阿尔托大学领导，10月20日发表在《科学》杂志上。它涉及一类相对较新的超薄材料——二维半导体，实现了高峰值波长精度（∼0.36纳米）、高光谱分辨率（∼3纳米）、大工作带宽（从405到845纳米）和概念验证光谱成像， 不仅有望实现超小型化，也为单探测器计算光谱仪提供了前所未有的精度、分辨率和操作带宽性能。
论文截图
“我们已经展示了一种制造光谱仪的方法，这种光谱仪比今天通常使用的光谱仪要小得多。”俄勒冈州立大学科学学院物理学教授Ethan Minot说，“传统的光谱仪体积过大，而我们研究的新光谱仪可以从目前葡萄大小的尺寸缩小更多，甚至可以放在发梢。”
“我们的光谱仪不需要单独的光学和机械组件或阵列设计来分散和过滤光。”与阿尔托大学同事孙志培教授一起领导这项研究的Hoon Hahn Yoon说，“此外，它可以实现与台式系统相当的高分辨率，但封装要小得多。”
研究团队研发的光谱仪 | 参考文献[2]
研究人员表示，该设备所吸收的光的颜色是100%可电控的，这使其具有巨大的可扩展性和广泛的应用潜力。“将其直接集成到智能手机和无人机等便携式设备中，可以改善我们的日常生活，” Hoon Hahn Yoon说，“想象一下，我们的下一代智能手机相机可能是高光谱相机，不仅可以捕获和分析来自可见光波长的信息，还可以进行红外成像和分析。
“随着二维半导体工作的进展，我们将迅速发现利用其新颖光学和电子特性的新方法。”Minot说，“二维半导体的研究才进行了十几年，这真的很令人兴奋。我相信之后的研究将取得更多有趣的突破。”
除了Minot，Yoon和孙志培之外，合作者还包括来自上海交通大学、浙江大学、四川大学、韩国延世大学和剑桥大学的科学家，以及阿尔托大学的其他研究人员。
参考文献
[1] Hoon Hahn Yoon et al, Miniaturized spectrometers with a tunable van der Waals junction, Science (2022). DOI: 10.1126/science.add8544.
[2] https://phys.org/news/2022-10-light-analyzing-lab-chip-door-widespread.html
编译：竹子
编辑：靳小明
排版：尹宁流
题图来源：参考文献[2]
研究团队
（共同）通讯作者/第一作者Hoon Hahn Yoon：芬兰阿尔托大学电子与纳米工程系
（共同）通讯作者孙志培：芬兰阿尔托大学电子与纳米工程系
论文信息
发布期刊《科学》（ Science ）
发布时间2022年10月20日
论文标题 Miniaturized spectrometers with a tunable van der Waals junction
(DOI：https://doi.org/10.1126/science.add854）
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