ارائه روشی برای تولید حسگرهای حساس‌تر و دقیق‌تر

محققان مرکز EPFL زوریخ سیستم اندازه‌گیری اپتومکانیکی بسیار دقیقی ارائه کردند که می‌توان از آن در تولید حسگرها استفاده کرد. در این سیستم از دو پرتو لیزری که روی رشته‌ای نوسانگر تابیده می‌شود استفاده شده، با برخورد ذره با رشته، رشته به نوسان در آمده و لیزرها آن را شناسایی می‌کند. این فناوری جدید می‌تواند انقلابی در تولید حسگرها و میکروسکوپ‌های نیروی اتمی ایجاد کند.

محققان مرکز EPFL زوریخ سیستم اندازه‌گیری
اپتومکانیکی بسیار دقیقی ارائه کردند که می‌توان از آن در تولید حسگرها
استفاده کرد. در این سیستم از دو پرتو لیزری که روی رشته‌ای نوسانگر تابیده
می‌شود استفاده شده، با برخورد ذره با رشته، رشته به نوسان در آمده و
لیزرها آن را شناسایی می‌کند. این فناوری جدید می‌تواند انقلابی در تولید
حسگرها و میکروسکوپ‌های نیروی اتمی ایجاد کند.

از نوسانگرها برای شناسایی مقادیر بسیار کمی از مواد در اتمسفر استفاده
می‌شود. عملکرد آنها به این شکل است که وقتی رشته میکروسکوپی به یک ذره یا
مولکول گازی برخورد می‌کند دچار ارتعاش می‌شود. هر نوع مولکول ارتعاش خاصی
را سبب می‌شود، همانند سیم‌های گیتار، در نتیجه از آن می‌توان به‌عنوان
اثری منحصر به‌فرد برای شناسایی استفاده کرد. این گروه تحقیقاتی گام دیگری
برای ساخت حسگرهای حساس‌تر، دقیق‌تر و کوچک‌تر برداشتند. این گروه نتایج
کار خود را در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رساندند.

 

 
 
محققان در حال حاضر به‌دنبال ساخت حسگرهای
کوچک‌تر هستند، زیرا با کوچک شدن حسگرها، برهمکنش آنها با ذرات بیشتر شده و
در نتیجه حساسیت‌شان نیز بهبود می‌یابد. در این پروژه محققان از رشته‌ای با
قطر چند صد نانومتر استفاده کردند و در نهایت یکی از حساس‌ترین حسگرهای
دنیا را که در دمای اتاق کار می‌کند بسازند.

پژوهشگران از یک پرتو لیزری که به دیسک شیشه‌ای تابیده می‌شود برای آنالیز
ارتعاش رشته استفاده کردند. این پرتو در هر دو نانوثانیه، هزاران بار
می‌چرخد و سپس از روی دیسک خارج می‌شود. در صورت وجود ذره‌ای، رشته به
ارتعاش در آمده و در نتیجه پرتو دچار اختلال می‌شود. با مقایسه طول موج
پرتو هنگامی که وارد دیسک می‌شود و هنگامی که از دیسک خارج می‌شود می‌توان
نوسانات رشته را رصد کرد.

بزرگترین چالش محققان پدیده‌ای به‌نام حرکت براونی است. این جنبش موجب
می‌شود که حرکت رشته به‌صورت تصادفی در آید. این پدیده موجب می شود که
اندازه‌گیری سرعت کندی به خود بگیرد، مانند حالتی که سیم گیتار به نوسان در
آید و باید منتظر بود تا دوباره متوقف شود.

برای حل این مشکل معمولا سیستم با استفاده از هلیم خنک می‌شود، زیرا در
دماهای پایین حرکت براونی به‌شدت کاهش می‌یابد. در این پروژه، روش دیگری
به‌کار گرفته شد تا سیستم در دمای اتاق کار کند. آنها از پرتو لیزر ثانویه
استفاده کردند این پرتو قادر است در صورت نوسان رشته، به سرعت حرکت براونی
را حذف کند. با این کار زمان انجام آزمون به‌شدت کاهش یافته و همچنین
می‌توان فرآیند را در دمای 20 درجه سانتیگراد انجام داد. دقت این سیستم
بسیار عالی است به‌جای استفاده از یک رشته، از پلی به طول 100 متر استفاده
شد که همان ویژگی‌ها را داراست.