Naujos kartos jutiklyje naudojami lazeris ir mechanikos komponentai

1/52/53/54/55/5
3.25/5 (4)
loadingLoading...

Šveicarijos mokslininkai sukūrė greitaveikį ir ypač tikslų otpomechaninį jutiklį, kuris gali būti įterptas ir į silicio lustą.

Jo gamyboje naudojama MEMS (Micro Electro Mechanical System – mikroelektrinių ir mechaninių sistemų integravimo viename luste) technologija.

Toks naujas jutiklis gali ženkliai paspartinti itin tikslių mechaninių nuokrypių matuoklių ir atominės jėgos mikroskopų vystimąsi.

molekules ir styga
Disko ir mikroninio ilgio stygos sąveika leidžia atlikti ypatingo tikslumo matavimus

Šio jutiklio veikimas pagrįstas rezonanso principu ir skirtas matuoti ypač mažiems medžiagų kiekiams atmosferoje.

Prietaiso veikimo principas yra toks: kuomet jutiklyje esanti mikroskopinio dydžio styga susiliečia su atmosferos dujų molekule, ji ima vibruoti, panašiai, kaip ir gitaros styga, o iš jos vibracijos galima nustatyti, ar tai ore esanti dalelė, ar molekulė, taip pat nustatyti, kokios medžiagos ta molekulė yra.

Kiekviena molekulė sukelia skirtingo dažnio virpesius, panašiai kaip gitara grojamos skirtingos natos.

Vienas pagrindinių mokslininkams kilusių tikslų buvo pagaminti kaip galima mažesnio skersmens stygą, nes kuo skersmuo mažesnis, tuo mažiau veikiama styga ims vibruoti.

Lozanos politechnikos instituto mikro ir nanotechnologijų centre pagamintos stygos yra vos kelių šimtų nanometrų skersmens. Jos vibracijos dažnis nuskaitomas, lazerio spinduliu apšvietus miniatiūrinį stiklinį diską, besiliečiantį su styga.

Dar viena kliūtis – be miniatiūrizavimo, kurią mokslininkams reikėjo išspręsti, buvo Brauno judėjimas. Tai šiluminis dalelių judėjimas, sukeliantis atsitiktinius stygos virpesius, ir tuomet turi praeiti šiek tiek laiko, kad jie nusloptų ir būtų galima vėl atlikti matavimus. Tai labai sulėtina jutiklio darbą.

Vėlgi, tai labai panašu į gitaros stygą, kuomet sugrojus vieną natą, reikia palaukti, kol ji nustos skambėti.

Brauno judėjimo poveikis paprastai sumažinamas atšaldant sistemą iki žemos temperatūros, tačiau tai reiškia, kad jutiklis, nors pats būdamas mikroskopinio dydžio, turi turėti tūkstančius kartų už jutiklį didesnę šaldymo sistemą, vartojančią daug energijos.

Lozanos mokslininkai sugalvojo būdą, kaip eliminuoti Brauno judėjimo poveikį, jutikliui veikiant kambario temperatūroje. Tam jie panaudojo du lazerio spindulius – vienu išmatuojamas stygos virpesys, jis apdorojamas realiu laiku ir tie duomenys panaudojami kitam, kontroliniam, lazerio spinduliui moduliuoti taip, kad stygo Brauno judėjimas būtų panaikintas. Po to jau galima atlikti tikslų matavimą, kokia dalelė susiduria su styga. Tai tarsi virtuali atšaldymo sistema, ir ji leido mokslininkams padidinti matavimo tikslumą net 32 kartus, jutikliui dirbant kambario temperatūroje.

Tai tikrai beprecendentis tikslumas – palyginimui, jeigu styga būtų 100 metrų ilgio, šiuo būdu būtų galima išmatuoti tik vieno nanometro dydžio išlinkimą. O viena manometras – tai maždaug viena dešimttūkstantoji plauko storio dalis.

Taigi naujasis optoelektrinis jutiklis, sudarytas iš optikos elementų – lazerio ir stiklinio disko bei mechaninės sistemos – mikroskopinės stygos, turi ypatingą jautrumą ir dėl lazerinės šaldymo sistemos didelę matavimų greitaveiką.

Būdamas labai mažas, jis gali būti integruojamas į puslaidininkinius lustus, taip atveriant galimybes kurti ypač tikslius atmosferos sudėties prietaisus, taip pat zonduose, siunčiamuose į kitų dangus kūnų atmosferas. Ši technologija gali padidinti ir atominių mikroskopų, išrastų 1980 m. išrastų mokslininko Kristofo Gerberio (Christoph Gerber) jautrumą, būti panaudoti kitiems nanometrinių matmenų objektų matavimams.

Parengė Valentas Daniūnas