Con chip 'nhỏ bằng móng tay’ nhưng có hiệu suất quan sát gấp 10.000 lần kính quang phổ thiên văn hàng đầu thế giới

Thiết bị mang tên Yuheng (còn gọi là Rafael) này có thể phân tích quang phổ theo thời gian thực, vốn trước đây chỉ khả thi với những dụng cụ quang học lớn và phức tạp trong phòng thí nghiệm.

Con chip quang học ghi lại ánh sáng sao ở tốc độ 88 khung hình/giây và độ phân giải sắc nét hơn 100 lần

Theo nhóm nghiên cứu, độ sắc nét quang phổ của chip cao hơn 100 lần so với các camera ảnh phổ truyền thống, có thể phân biệt hai màu chỉ cách nhau chưa đến 0,1 nanomet, tương đương khả năng “nhìn” vào thế giới ở cấp độ nguyên tử.

“Phương pháp chụp quang phổ nhanh với hiệu suất cao và dễ tích hợp này có thể mở ra đột phá trong nhiều lĩnh vực, từ khoa học vật liệu đến thiên văn học”, nhóm nghiên cứu nhận định.

Để dễ hình dung, con chip này có thể rút ngắn thời gian lập bản đồ Dải Ngân hà, vốn cần hàng nghìn năm, xuống còn chưa đầy một thập kỷ.

Thông thường, các thiết bị quang học phân tách ánh sáng trắng thành dải màu cầu vồng để phân tích. Nhưng càng tách nhỏ, ánh sáng càng yếu và thiết bị phải to và phức tạp hơn. Chính sự đánh đổi giữa độ chính xác và hiệu suất này đã khiến các thiết bị gọn nhẹ, độ phân giải cao gần như không thể.

Nhóm của Tsinghua đã đi theo hướng hoàn toàn khác. Thay vì tách ánh sáng vật lý, chip Yuheng thu nhận toàn bộ ánh sáng cùng lúc, rồi mã hóa nó thành một mẫu nhiễu ngẫu nhiên độc nhất bên trong cấu trúc chip.

Một tinh thể lithium niobate bên trong giúp uốn cong và điều chỉnh đường đi của ánh sáng khi có điện áp, cho phép chip thu thập thông tin màu cực kỳ chi tiết. Sau đó, các thuật toán máy tính tiên tiến sẽ giải mã dữ liệu ánh sáng và tái tạo toàn bộ phổ màu ngay lập tức.

Kết quả thật ấn tượng: Yuheng có độ truyền sáng tới 73%, tốc độ ghi hình 88 khung hình/giây, đạt độ phân giải màu siêu cao mà không làm giảm độ sáng hay tốc độ. Nói cách khác, nó thu gọn cả một bàn quang học cỡ phòng thí nghiệm vào trong một con chip thông minh.

Nói cách khác, Yuheng đã nén sức mạnh của cả một bàn quang học khổng lồ vào một con chip thông minh nhỏ bằng đầu ngón tay.

“Rafael có thể ghi lại quang phổ chi tiết tới cấp độ sub-ångström (dưới 0,1 nanomet), bao gồm toàn bộ các đỉnh hấp thụ nguyên tử, của tới 5.600 ngôi sao chỉ trong một lần chụp, nâng hiệu suất quan sát gấp 100–10.000 lần so với các kính quang phổ thiên văn hàng đầu thế giới”, nghiên cứu viết.

Dù vẫn trong giai đoạn thử nghiệm, Yuheng được xem là bước tiến lớn hướng tới kỷ nguyên quang học siêu chính xác và tốc độ cao trong thiết bị siêu nhỏ.

Tiềm năng của chip này rất lớn. Trong y học, chip Yuheng có thể giúp phân tích mô không xâm lấn để phát hiện bệnh lý. Các thiết bị bay không người lái (drone) có thể dùng nó để giám sát chất lượng đất hoặc phát hiện ô nhiễm. Xe tự hành có thể nhận diện mặt đường, biển báo và vật cản chính xác hơn ngay cả trong điều kiện ánh sáng phức tạp.

Dù vậy, các nhà khoa học cho biết công nghệ này vẫn cần thời gian để hoàn thiện độ ổn định và khả năng tích hợp trước khi có thể ứng dụng rộng rãi.

Theo IE