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May 23, 2024

Tricorder Tech : Utiliser votre smartphone comme un high

Les chercheurs SMART créent le plus petit microscope LED et holographique au monde qui permet de convertir les caméras de téléphones portables existantes en microscopes haute résolution.

Les chercheurs SMART créent le plus petit microscope LED et holographique au monde qui permet de convertir les caméras de téléphones portables existantes en microscopes haute résolution

Des chercheurs des groupes de recherche interdisciplinaires (IRG) Disruptive & Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) et Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) de l'Alliance Singapour-MIT pour la recherche et la technologie (SMART), l'entreprise de recherche du MIT à Singapour, ont a développé la plus petite LED (diode électroluminescente) au monde qui permet de convertir les caméras de téléphones portables existantes en microscopes haute résolution.

Plus petite que la longueur d'onde de la lumière, la nouvelle LED a été utilisée pour construire le plus petit microscope holographique au monde, ouvrant la voie à la conversion des caméras existantes dans les appareils quotidiens tels que les téléphones portables en microscopes via de simples modifications de la puce de silicium et du logiciel. Cette technologie représente également une avancée significative dans la miniaturisation des diagnostics pour les agriculteurs en intérieur et l’agriculture durable.

Cette percée a été complétée par le développement par les chercheurs d'un algorithme de réseau neuronal révolutionnaire capable de reconstruire les objets mesurés par le microscope holographique, permettant ainsi un examen amélioré des objets microscopiques tels que les cellules et les bactéries sans avoir besoin de microscopes conventionnels encombrants ou d'optiques supplémentaires. La recherche ouvre également la voie à une avancée majeure dans le domaine de la photonique : la construction d’un puissant émetteur sur puce plus petit qu’un micromètre, ce qui constitue depuis longtemps un défi dans ce domaine.

La lumière dans la plupart des puces photoniques provient de sources hors puce, ce qui entraîne une faible efficacité énergétique globale et limite fondamentalement l'évolutivité de ces puces. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé des émetteurs sur puce utilisant divers matériaux tels que le verre dopé aux terres rares, le Ge-sur-Si et les matériaux III-V intégrés de manière hétérogène. Bien que les émetteurs basés sur ces matériaux aient montré des performances prometteuses, l’intégration de leurs processus de fabrication dans des plates-formes CMOS (complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur) standard reste un défi. Alors que le silicium (Si) a montré son potentiel en tant que matériau candidat pour les émetteurs à l'échelle nanométrique et contrôlables individuellement, les émetteurs de Si souffrent d'un faible rendement quantique en raison de la bande interdite indirecte, et cet inconvénient fondamental combiné aux limitations imposées par les matériaux et les outils de fabrication disponibles a entravé la réalisation d'un petit émetteur Si natif en CMOS.

Dans un article récemment publié par Nature Communications intitulé « Une LED Si sub-wavelength intégrée dans une plate-forme CMOS », les chercheurs de SMART ont décrit leur développement du plus petit émetteur de Si signalé avec une intensité lumineuse comparable à celle du Si de pointe. émetteurs avec des zones d’émission beaucoup plus grandes. Dans le cadre d'une avancée connexe, les chercheurs SMART ont également dévoilé leur construction d'une nouvelle architecture de réseau neuronal profond non entraînée, capable de reconstruire des images à partir d'un microscope holographique dans un article intitulé « Récupération spectrale simultanée et holographie micro-LED CMOS avec un réseau neuronal profond non entraîné ». récemment publié dans la revue Optica.

La nouvelle LED développée par les chercheurs SMART est une LED à échelle sub-longueur d'onde intégrée CMOS à température ambiante présentant une intensité spatiale élevée (102 ± 48 mW/cm2) et possédant la plus petite zone d'émission (0,09 ± 0,04 μm2) parmi tous les émetteurs de Si connus dans littérature scientifique. Afin de démontrer une application pratique potentielle, les chercheurs ont ensuite intégré cette LED dans un microscope holographique en ligne, à l'échelle centimétrique, entièrement en silicium, ne nécessitant ni lentille ni sténopé, faisant partie intégrante d'un domaine connu sous le nom d'holographie sans lentille.

Un obstacle fréquemment rencontré dans l’holographie sans lentille est la reconstruction informatique de l’objet imagé. Les méthodes de reconstruction traditionnelles nécessitent une connaissance détaillée du dispositif expérimental pour une reconstruction précise et sont sensibles aux variables difficiles à contrôler telles que les aberrations optiques, la présence de bruit et le problème des images jumelles.