Ultra-præcis chip-skala sensor registrerer hidtil uset små ændringer i miljøforholdene på nanoskalaen

Chip skala høj præcision målinger af fysiske størrelser såsom temperatur, tryk og brydningsindeks er blevet almindelige med nanofotoniske og nanoplasmoniske resonanshulrum. Som fremragende transducere til at konvertere små variationer i det lokale brydningsindeks til målbare spektrale forskydninger, resonanshulrum bruges i vid udstrækning i en række forskellige discipliner lige fra bio-sensing og trykmålere til atom- og molekylær spektroskopi. Chip-skala mikroring og mikrodiskresonatorer (MRR'er) bruges i vid udstrækning til disse formål på grund af deres miniaturiserede størrelse, relativ let design og fremstilling, høj kvalitetsfaktor, og alsidighed i optimeringen af ​​deres overførselsfunktion.

Funktionsprincippet for sådanne resonative sensorer er baseret på overvågning af resonatorens spektrumafhængighed underlagt små variationer i omgivelserne (f.eks. forskellige typer atomer og molekyler, gasser, tryk, temperatur). På trods af flere vigtige bedrifter, sådanne optiske sensorer er stadig begrænsede i deres præstationer, og deres miniaturisering er meget udfordrende.

Nu, et team fra det hebraiske universitet i Jerusalem har demonstreret en on-chip sensor, der er i stand til at registrere hidtil uset små frekvensændringer. Fremgangsmåden består af to kaskade mikroresonatorer, hvor den ene fungerer som sensorenheden, og den anden spiller rollen som en reference - og eliminerer dermed miljø- og systemudsving såsom temperatur og laserfrekvens.

"Her demonstrerer vi en rekordhøj sansende præcision på en enhed med et lille fodaftryk, der kan integreres med standard CMOS-teknologi, baner vejen for endnu mere spændende målinger såsom detektion af enkeltpartikler og termometri med høj præcision af chipskala, "sagde professor Uriel Levy, Direktør for Harvey M. Krueger Family Center for nanovidenskab og nanoteknologi ved det hebraiske universitet i Jerusalem, og et fakultetsmedlem ved Institut for Anvendt Fysik i Rachel og Selim Benin School of Computer Science and Engineering.

Blandt de innovationer, der gjorde denne udvikling mulig, er integration af referencemåling i chipskala, og et servo-loop-låseskema, der oversætter de målte effekter fra det optiske domæne til radiofrekvensdomænet. Disse gjorde det muligt for forskerne at kvantificere deres systemfunktioner ved hjælp af veletablerede RF-teknologier, såsom frekvensmålinger, spektrum analysatorer, og atomstandarder.