Светодиод с диаметър 400 нм обещава пробив във фотониката

Рекордно малък светодиод ще направи възможно създаване на холографски микроскоп за вграждане в смартфони (снимка: CC0 Public Domain)

Учени разработиха най-малкия силициев светодиод (LED) в света – с диаметър само 400 нанометра – и успяха да изградят на негова основа най-малкия холографски микроскоп, който може да бъде интегриран в смартфон.

Светодиодът, създаден в рамките на проекта SMART (Singapore-MIT Alliance for Research and Technology), излъчва в близкия инфрачервен диапазон (дължина на вълната 1100 нм). Излъчващата площ е 0,14 µm² при диаметър 400 nm, тоест по-малък от дължината на вълната, става ясно от публикация за разработката в научното издание Nature.

Появата на такъв компонент може да означава пробив във фотониката и по-специално в оптичните технологии, използвани за предаване на данни, изображения, осветление и дисплеи. От дълго време проблем в тази област е липсата на достатъчно компактни излъчватели, поради което трябваше да се използват външни източници на светлина с ниска енергийна ефективност, а фотонните чипове бяха трудни за мащабиране.

Авторите на изобретението решават да тестват рекордно малък светодиод, като на негова база правят холографски микроскоп без лещи. Такива микроскопи са по-малки и по-евтини от конвенционалните, тъй като не изискват сложна и прецизна система от лещи – тя се заменя със светлинен източник, който осветява изследваната проба, а светлината попада в CMOS матрица. В резултат на това се създава цифрова холограма, която след компютърна обработка се преобразува в четимо изображение.

Последната стъпка обикновено е придружена от определени трудности: необходимо е да се знае точно стойността на блендата, дължината на вълната при източника на светлина и разстоянието от пробата до сензора. Алгоритъм с изкуствен интелект помага да се преодолее тази трудност.

Оказва се, че микроскопът, изграден с новия светодиод, има доста висока разделителна способност – около 20 микрона. За сравнение, кожната клетка на човека има размер от 20 до 40 микрона, а левкоцитът е 30 микрона.

Учените казват, че такъв микроскоп може да бъде вграден в смартфон за изследване, например, на човешка тъкан или семена от растения. Холографски микроскоп може да се използва също за биологична визуализация, за създаване на различни биосензори и имплантируеми компоненти.