Ett team av UO -fysiker har trummat fram ett nytt sätt att mäta ljus:med hjälp av mikroskopiska trummor för att höra ljus.

Tekniken från Alemán Lab, känd som en "nanomekanisk grafometer för grafen, "utnyttjar en lovande ny metod och material för att upptäcka nästan varje ljusfärg vid höga hastigheter och höga temperaturer.

"Detta verktyg är det snabbaste och mest känsliga i sin klass, "sade Benjamín Alemán, professor i fysik och medlem i UO:s Center for Optical, Molekyl, och Quantum Science och en associerad med Phil och Penny Knight Campus för accelererande vetenskaplig påverkan.

Enheten erbjuder ett alternativ till det konventionella sättet att använda el för att mäta ljus, som finns i enheter som en smartphones kamera. Istället, denna mekaniska metod fångar upp vibrationerna i oändligt tunna trummor som orsakas av ljus. Fysikerna erhåller mätningar genom att lyssna på ljudet av ljuset som absorberas av trumhuvudet.

Hur tekniken fungerar liknar effekten av att slå en trumma en varm dag. När instrumentet värms upp under strålande sol, trumhuvudmembranet kommer att expandera och dess tonhöjd ändras, avger en annan ton än vid svalare temperaturer.

Ljusets vågor gör samma sak med de mekaniska bolometrarna. När ljuset träffar enhetens trumspets, membranet värms upp, expanderar, och vibrationshöjden ändras. Fysikerna kan spåra dessa tonhöjningar för att mäta hur mycket ljus som träffar enheten.

"Detta är ett mycket nytt sätt att upptäcka ljus, "sa David Miller, doktorand i Alemán Lab. "Vi använder en rent mekanisk metod för att förvandla ljus till ljud. Detta har fördelen att vi kan se ett mycket bredare ljusintervall."

Han fortsätter med att förklara att konventionella detektorer är mycket pålitliga när de läser högenergiljus, som synligt ljus eller röntgenstrålar, men mindre skicklig på att mäta de längre våglängderna på det elektromagnetiska spektrumet, inklusive infraröda och radiovågor. Den mekaniska enheten fyller det tomrummet och låter fysikerna upptäcka ljus med nästan vilken våglängd som helst, vilket kan vara särskilt användbart vid astronomiska observationer, termisk och medicinsk kroppsavbildning och se djupt in i det infraröda.

Teamet konstruerade enheten genom att först sträcka ett tunt ark med atomer över ett hål etsat i en bit kisel. Sedan, med hjälp av en teknik som utvecklats tidigare i labbet, de klippte arket för att likna en studsmatta - en riktigt, riktigt liten studsmatta.

Enheten är en tiondel bredden på ett människohår, medan materialet som används för studsmattan är ännu mindre - en enda atom tjock, ungefär en miljon gånger tunnare än samma hårstrå.

"Detta system använder grafen, som bara är ett enda lager av atomer. Det är så litet som det kan vara. "Sade Andrew Blaikie, en annan doktorand i Alemán Lab och huvudförfattare på tidningen, som publicerades i Naturkommunikation Denna vecka.

Grafen, ett material som upptäcktes 2004, är den viktigaste ingrediensen för teknikens framgång. Det är en liten, men mäktig, material. Även om det är det tunnaste möjliga materialet, grafen är 200 gånger starkare än stål och utomordentligt flexibel. Upptäckaren vann till och med 2010 Nobelpriset i fysik för sin potential att revolutionera fysik och teknik.

Grafens mekaniska egenskaper gör att materialet kan reagera på temperaturförändringar otroligt snabbt, vilket gör det möjligt att mäta ljus med lika snabba hastigheter.

"Grafen erbjöd en spännande utsikt för ultrakänslig och ultrasnabb ljusdetektering, "Blaikie sa." Det har också en oöverträffad förmåga att mäta nästan vilken ljusvåglängd som helst och tål mycket högre temperaturer än konventionella detektorer. "

Teamet av fysiker kunde utnyttja grafens krafter genom sitt mekaniska tillvägagångssätt för att mäta ljus. Medan det spricker med potential för ljusdetektering, materialet har fungerat dåligt genom de traditionella metoderna för att använda elektrisk motstånd för att mäta ljus, huvudsakligen på grund av dess behov att kylas till ultralåga temperaturer för att vara användbart i konventionella detektorer.

När de insåg att de kunde förvandla ljus till ljud genom sin mekaniska metod, de kunde låsa upp utsikterna för grafen och skapa ultrasnabbt, ultrakänslig enhet som utmärker sig i, och långt över, rumstemperatur.

Dess förmåga att prestera vid ett så stort temperaturintervall är en av enhetens mest fördelaktiga egenskaper när det gäller mätning av ljus, Blaikie förklarade. Den kan fungera vid rumstemperatur, vilket möjliggör kritisk bärbarhet, och det kan fungera under hög värme, vilket är en fördel som traditionella ljusdetektorer inte erbjuder, eftersom många av dem kommer att misslyckas med det som kallas "solbränningseffekten, "när de börjar bryta ner när temperaturen stiger.

"Grafen är ett termiskt stabilt material som tål temperaturer över 2, 000 grader Celsius, Sa Blaikie.

Dess mångsidighet och ultrakänsliga natur positionerar den nanomekaniska bolometern för att vara ett användbart verktyg på många arenor inom vetenskap, medicin, industriell tillverkning och astronomi. Alemán Lab har patentansökan på tekniken.

"Vi hoppas att den här enheten kommer att hjälpa forskare att knäcka mysterierna om vår sol och andra stjärnor, förbättra medicinsk diagnostik genom säkrare termisk röntgenbildning, och hjälpa brandmän att se bättre i bränder för att rädda fler liv, "Sa Alemán.