La NASA y el MIT colaboran para desarrollar el espectrómetro de punto cuántico en el espacio

Un técnico de la NASA se ha asociado con el inventor de una nueva nanotecnología que podría transformar la manera de los científicos del espacio construir espectrómetros, el importante dispositivo utilizado por prácticamente todas las disciplinas científicas para medir las propiedades de la luz procedente de objetos astronómicos, incluida la tierra en sí misma.

Esta ilustración muestra cómo un dispositivo imprime los filtros de punto cuántico que absorben diferentes longitudes de onda de la luz dependiendo de su tamaño y composición. La tecnología emergente podría dar a los científicos un enfoque más flexible y rentable para el desarrollo de espectrómetros, un instrumento comúnmente utilizado.

Créditos: O ' Reilly ciencia arte

Mahmooda Sultana, Ingeniero de investigación en NASA Goddard Space Flight Center en Greenbelt, Maryland, ahora está colaborando con Moungi Bawendi, profesor de química en la base de Cambridge Massachusetts Institute of Technology, o MIT, para desarrollar un espectrómetro de la proyección de imagen de prototipo basado en la tecnología de punto cuántico emergente que fue pionero el grupo de Bawendi.

Fondo de innovación de centro de la NASA, que soporta tecnologías de alto riesgo, potencialmente trailblazing, financia el esfuerzo.

Introducción de puntos cuánticos

Puntos cuánticos son un tipo de nanocristales de semiconductores en la década de 1980. Invisible al ojo desnudo, los puntos han demostrado en pruebas para absorber diferentes longitudes de onda de la luz dependiendo de su tamaño, forma y composición química. La tecnología es prometedora para aplicaciones que se basan en el análisis de la luz, incluyendo cámaras de smartphones, dispositivos médicos y equipos de pruebas ambientales.

"Esto es tan nuevo como se pone", dijo Sultana, refiriéndose a la tecnología que cree podría miniaturizar y potencialmente revolucionar espectrómetros espaciales, particularmente los utilizados en vehículos aéreos deshabitados y pequeños satélites. "Lo que realmente podría simplificar la integración de instrumento."

Espectrómetros de absorción, como su nombre lo indica, miden la absorción de luz en función de la frecuencia o longitud de onda debido a su interacción con una muestra, como los gases atmosféricos.

Después de atravesar o interactúan con la muestra, la luz alcanza el espectrómetro. Espectrómetros tradicionales utilizan rejas, prismas o filtros de interferencia para dividir la luz en sus longitudes de onda del componente, que su detector píxeles luego detectar para producir espectros. Más intensa la absorción en los espectros, cuanto mayor sea la presencia de un químico específico.

Principal investigador Mahmooda Sultana se ha asociado con el Massachusetts Institute of Technology para el desarrollo de un espectrómetro de punto cuántico para su uso en el espacio. En esta foto, ella está caracterizando las propiedades ópticas de los píxeles del punto de quantum.

Créditos: NASA / w. Hrybyk

Mientras espectrómetros en el espacio son cada vez más pequeños debido a la miniaturización, todavía son relativamente grandes, Sultana dijo. "Resolución superior espectral requiere caminos largo ópticos para los instrumentos que utilizan prismas y rejillas. Esto a menudo resulta en grandes instrumentos. Mientras que aquí, con puntos cuánticos que actúan como filtros que absorben diferentes longitudes de onda dependiendo de su tamaño y forma, podemos hacer un instrumento ultra compacto. En otras palabras, usted podría eliminar piezas ópticas, como prismas y rejillas y filtros de interferencia."

Igual de importante, la tecnología permite al desarrollador del instrumento generar casi un número ilimitado de puntos diferentes. A medida que su tamaño disminuye, disminuye la longitud de onda de la luz que absorben los puntos cuánticos. "Esto hace posible producir un conjunto continuamente sintonizable, pero distinto, de filtros de absorción donde cada pixel se hace de un punto cuántico de un tamaño, forma o composición. Tienen un control preciso sobre lo que absorbe cada punto. Podríamos literalmente modificamos el instrumento para observar muchos diferentes bandas con resolución espectral alta."

Instrumento del prototipo en desarrollo

Con su apoyo de desarrollo de la tecnología de la NASA, Sultana está trabajando para desarrollar, calificar a través de pruebas de vacío y vibración térmicas y demostrar una 20 por 20 matriz de punto cuántico sensibles a longitudes de onda visibles necesarias para la imagen del Sol y la aurora. Sin embargo, la tecnología puede ser fácilmente ampliada para cubrir una gama más amplia de longitudes de onda desde el ultravioleta hasta el infrarrojo medio, que se puede encontrar muchas aplicaciones potenciales del espacio en Ciencias de la tierra, heliofísica y ciencia planetaria, dijo.

En la colaboración, Sultana está desarrollando un concepto de instrumento particularmente para una aplicación de CubeSat y estudiante de doctorado de MIT Jason Yoo está investigando técnicas para sintetizar diversos precursores químicos para crear los puntos y luego imprimirlas en un sustrato adecuado. "En última instancia, queremos imprimir los puntos directamente sobre los píxeles de detector," ella dijo.

"Esta es una tecnología muy innovadora", agregó Sultana, concediendo que es muy temprano en su desarrollo. "Pero estamos tratando de elevar su nivel de preparación para la tecnología muy rápidamente. Varias oportunidades de ciencia espacial que podrían beneficiar a están en la tubería".

Lori Keesey
NASA’s Goddard Space Flight Center

Last Updated: Feb. 14, 2017

Editor: Lynn Jenner

Traducción: El Quelonio Volador