Un nouveau spectromètre suffisamment petit pour tenir sur votre téléphone

Matt Shipman

Des chercheurs ont réussi à mettre au point un spectromètre qui est plusieurs ordres de grandeur plus petit que les technologies actuelles et qui peut mesurer avec précision les longueurs d’onde de la lumière, de l’ultraviolet au proche infrarouge. Cette technologie permet de créer des appareils de spectroscopie portatifs et laisse entrevoir la possibilité de développer des appareils intégrant une série de nouveaux capteurs qui serviront de spectromètres d’imagerie de nouvelle génération.

« Les spectromètres sont des outils essentiels qui nous aident à comprendre les propriétés chimiques et physiques de divers matériaux en fonction de la manière dont la lumière change lorsqu’elle interagit avec ces matériaux », commente Brendan O’Connor, auteur correspondant d’un article sur ces travaux et professeur de génie mécanique et aérospatial à l’université d’État de Caroline du Nord. « Ils sont utilisés dans des applications allant de la fabrication au diagnostic biomédical. Cependant, les plus petits spectromètres disponibles sur le marché sont encore assez encombrants.

« Nous avons créé un spectromètre qui fonctionne rapidement, à basse tension, et qui est sensible à un large spectre de lumière », précise M. O’Connor. « Notre prototype de démonstration ne mesure que quelques millimètres carrés – il pourrait tenir sur votre téléphone. Vous pourriez le rendre aussi petit qu’un pixel, si vous le souhaitiez. »

Cette technologie utilise un minuscule photodétecteur capable de détecter les longueurs d’onde de la lumière après que celle-ci ait interagi avec un matériau cible. En appliquant différentes tensions au photodétecteur, vous pouvez manipuler les longueurs d’onde de la lumière auxquelles le photodétecteur est le plus sensible.

« Si vous appliquez rapidement une gamme de tensions au photodétecteur et que vous mesurez toutes les longueurs d’onde de la lumière capturée à chaque tension, vous disposez de suffisamment de données pour qu’un simple programme informatique puisse recréer une signature précise de la lumière qui traverse ou se reflète sur le matériau cible », ajoute M. O’Connor. « La gamme de tensions est inférieure à un volt, et l’ensemble du processus peut se dérouler en moins d’une milliseconde. »

Les précédentes tentatives de création de photodétecteurs miniaturisés reposaient sur une optique complexe, utilisaient des tensions élevées ou n’étaient pas aussi sensibles à une gamme de longueurs d’onde aussi large.

Lors des tests de validation du concept, les chercheurs ont constaté que leur spectromètre de la taille d’un pixel était aussi précis qu’un spectromètre conventionnel et avait une sensibilité comparable à celle des dispositifs de photodétection commerciaux.

« À long terme, notre objectif est de commercialiser les spectromètres sur le marché grand public », conclut M. O’Connor. « La taille et la consommation énergétique de cette technologie permettent de l’intégrer dans un smartphone, ce qui, selon nous, ouvre la voie à des applications passionnantes. Du point de vue de la recherche, cela facilite également l’accès à la spectroscopie par imagerie, à la spectroscopie microscopique et à d’autres applications utiles en laboratoire. »

L’article, intitulé « Single pixel spectrometer based on a bias-tunable organic tandem photodetector » (Spectromètre à pixel unique basé sur un photodétecteur organique en tandem réglable en polarisation), est publié dans la revue Device. Le premier auteur de l’article est Harry Schrickx, ancien doctorant à NC State. L’article a été cosigné par Abdullah Al Shafe, ancien doctorant à NC State, Caleb Moore, ancien étudiant de premier cycle à NC State, Yusen Pei, doctorant à NC State, Franky So, professeur émérite Walter et Ida Freeman de science et d’ingénierie des matériaux à NC State, et Michael Kudenov, professeur émérite John et Catherine Amein Family d’ingénierie électrique et informatique à NC State.

Article : « Single pixel spectrometer based on a bias-tunable tandem organic photodetector » – Auteurs: Harry M. Schrickx, Abdullah Al Shafe, Caleb Moore, Yusen Pei, Franky So, Michael Kudenov and Brendan T. O’Connor, North Carolina State University – DOI: 10.1016/j.device.2025.100866