麻省理工学院开发基于空间的量子点光谱仪

宇航局和麻省理工学院合作开发基于空间的量子点光谱仪NASA技术专家与新纳米技术的发明者合作，可以改变太空科学家建造光谱仪的方式，这是几乎所有科学学科用来测量天文物体(包括地球本身)发出的光的特性的最重要的装置。

位于马里兰州格林贝尔特的宇航局戈达德太空飞行中心的研究工程师Mahmooda Sultana现正与总部位于剑桥的麻省理工学院(麻省理工学院)的化学教授Moungi Bawendi合作开发基于新兴的原型成像光谱仪Bawendi集团开创的量子点技术。

NASA的中心创新基金支持潜在的开创性，高风险技术，正在为这项工作提供资金。

推出量子点

量子点是20世纪80年代早期发现的一种半导体纳米晶体。肉眼看不见，这些点已经在测试中证明可以吸收不同波长的光，具体取决于它们的大小，形状和化学成分。该技术有望用于依赖光分析的应用，包括智能手机相机，医疗设备和环境测试设备。

“这是新颖的，”Sultana说，指的是她认为可以小型化并可能彻底改变太空光谱仪的技术，特别是那些用于无人驾驶飞行器和小型卫星的光谱仪。“这真的可以简化仪器集成。”

该图显示了器件如何根据其尺寸和成分打印吸收不同波长光的量子点滤光片。新兴技术可以为科学家提供一种更灵活，更具成本效益的方法来开发光谱仪，这是一种常用的仪器。

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顾名思义，吸收光谱仪测量光的吸收作为频率或波长的函数，因为它与样品(如大气气体)相互作用。

在通过样品或与样品相互作用后，光线到达光谱仪。传统的光谱仪使用光栅，棱镜或干涉滤光器将光分成其分量波长，然后检测器像素检测这些波长以产生光谱。光谱中的吸收越强烈，特定化学物质的存在就越大。

Sultana说，虽然基于空间的光谱仪由于小型化而变得越来越小，但仍然相对较大。“对于使用光栅和棱镜的仪器，更高的光谱分辨率需要很长的光路。这通常会产生大型仪器。在这里，量子点的作用类似于过滤器，根据其大小和形状吸收不同的波长，我们可以制作超紧凑的仪器。换句话说，你可以消除光学元件，如光栅，棱镜和干涉滤光片。“

同样重要的是，该技术允许仪器开发人员生成几乎无限数量的不同点。随着它们的尺寸减小，量子点将吸收的光的波长减小。“这使得有可能生产出一组连续可调但又截然不同的吸收滤光片，其中每个像素由特定尺寸，形状或成分的量子点构成。我们可以精确控制每个点吸收的内容。我们可以自定义仪器，以观察具有高光谱分辨率的许多不同波段。“

正在开发的原型仪器

凭借其NASA技术开发支持，Sultana正致力于开发，通过热真空和振动测试进行鉴定，并演示了一个20×20的量子点阵列，该阵列对于对太阳和极光成像所需的可见波长敏感。然而，该技术可以很容易地扩展到涵盖更广泛的波长范围，从紫外到中红外，这可能在地球科学，太阳物理学和行星科学中找到许多潜在的空间应用，她说。

在合作下，Sultana正在开发一种特别针对CubeSat应用的仪器概念，MIT博士生Jason Yoo正在研究合成不同前体化学品的技术，以创建点，然后将它们打印到合适的基板上。“最终，我们希望将点直接打印到探测器像素上，”她说。

“这是一项非常创新的技术，”Sultana补充道，并承认它的发展还处于早期阶段。“但我们正在努力提高其技术准备水平。可能受益的一些空间科学机会正在筹备中。“