Onderzoekers bouwen de 'kleinste LED', met als doel smartphonecamera's in holografische microscopen te veranderen
Dit kleine silicium is kleiner dan de golflengte van het licht dat het uitstraalt LED zou een grote doorbraak kunnen betekenen voor microscopie en meer.
Een onderzoeksteam van de Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART) beweert de ‘kleinste LED ter wereld’ te hebben gebouwd – en zegt dat de technologie in de toekomst kan worden gebruikt om smartphonecamera’s om te zetten in microscopen met hoge resolutie.
"Onze doorbraak vertegenwoordigt een proof of concept dat een enorme impact zou kunnen hebben voor talloze toepassingen die het gebruik van micro-LED's vereisen", zegt Iksung Kang, onderzoeksassistent aan het Massachusetts Institute of Technology ten tijde van het project en hoofdauteur van het artikel met details het werk. "Deze LED zou bijvoorbeeld kunnen worden gecombineerd tot een array voor hogere verlichtingsniveaus die nodig zijn voor toepassingen op grotere schaal."
De kleinste LED ter wereld (a.b.c), met wat slimme machine learning, zou toekomstige smartphones in microscopen kunnen veranderen (d,e,f).
"Bovendien", vervolgt Kang, "kan dit vanwege de lage kosten en schaalbaarheid van micro-elektronische CMOS-processen worden gedaan zonder de complexiteit, kosten of vormfactor van het systeem te vergroten. Dit stelt ons in staat om met relatief gemak een mobiel apparaat om te zetten telefooncamera in een holografische microscoop. Bovendien kunnen besturingselektronica en zelfs de beeldsensor in dezelfde chip worden geïntegreerd door gebruik te maken van de beschikbare elektronica in het proces, waardoor een "alles-in-één" micro-LED ontstaat die transformatief zou kunnen zijn voor de camera. veld."
De silicium-LED die door het team is gemaakt, is absoluut klein – interessant genoeg zelfs kleiner dan de golflengte van het licht dat hij uitstraalt. Desondanks is de lichtintensiteit gelijk aan die van veel grotere silicium-LED’s – en is hij krachtig genoeg om een prototype van een holografische microscoop aan te drijven, wat de basis vormt van de beweringen van het team dat ze smartphonecamera’s in microscopen kunnen omzetten door integratie van de LED's op siliciumniveau.
Om de microscoop daadwerkelijk te laten werken – stand-alone of ingebouwd in een smartphone – is echter slimme software nodig. In dit geval is die software een diep neuraal netwerkalgoritme dat metingen van wat het team een ‘holografische microscoop’ noemt, kan omzetten in gereconstrueerde objecten. Tijdens het testen bleek de combinatie van hardware en software in staat om naar objecten zo klein als cellen en bacteriën te turen zonder omvangrijke optica.
Met behulp van de kleine LED's en een neuraal netwerk heeft het team kleine 'holografische microscopen' gemaakt.
"Naast zijn enorme potentieel op het gebied van lensloze holografie, heeft onze nieuwe LED een breed scala aan andere mogelijke toepassingen", zegt co-auteur Rajeev Ram, hoogleraar elektrotechniek aan het MIT en co-auteur.
"Omdat de golflengte binnen het minimale absorptievenster van biologische weefsels ligt, samen met de hoge intensiteit en het emissiegebied op nanoschaal, zou onze LED ideaal kunnen zijn voor bio-imaging- en bio-sensing-toepassingen, waaronder near-field microscopie en implanteerbare CMOS-apparaten. Ook is het mogelijk om deze LED te integreren met on-chip fotodetectoren, en dan zou het verdere toepassingen kunnen vinden in on-chip communicatie, NIR [Near Infrared] nabijheidsdetectie en on-wafer testen van fotonica."
Het artikel van het team over de silicium-LED is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, terwijl het diepe neurale netwerk voor holografische microscopie wordt beschreven in een artikel gepubliceerd in Optica – beide onder open-access-voorwaarden.