Создан самый маленький в мире ультразвуковой детектор

Исследователи из Helmholtz Zentrum München и Технического университета Мюнхена (TUM) разработали самый маленький в мире ультразвуковой детектор. Он основан на миниатюрных фотонных схемах на кремниевом чипе. О новинке сообщает журнал Nature.

Размер ультразвукового детектора в 100 раз меньше, чем средний человеческий волос, однако он может визуализировать детали, которые раньше были недоступны для наблюдения. Новая визуализация сверхвысокого разрешения поможет в научных исследованиях

С момента развития медицинской ультразвуковой визуализации в 1950-х годах основная технология обнаружения ультразвуковых волн была в первую очередь сосредоточена на использовании пьезоэлектрических детекторов, которые преобразуют давление ультразвуковых волн в электрическое напряжение. Разрешение изображения, достигаемое с помощью ультразвука, зависит от размера используемого пьезоэлектрического детектора. Уменьшение этого размера приводит к более высокому разрешению. Однако дальнейшее уменьшение размеров пьезоэлектрических детекторов резко снижает их чувствительность, делая их непригодными для практического применения.

Технология кремниевой фотоники широко используется для миниатюризации оптических компонентов и их плотной упаковки на небольшой поверхности кремниевого чипа. Хотя кремний не проявляет пьезоэлектричества, его способность ограничивать свет в размерах, меньших длины оптической волны, уже широко использовалась для разработки миниатюрных фотонных схем.

Исследователи из Helmholtz Zentrum Munchen и TUM воспользовались преимуществами этих миниатюрных фотонных схем и создали самый маленький в мире ультразвуковой детектор: кремниевый волноводно-эталонный детектор, или SWED. Вместо регистрации напряжения с пьезоэлектрических кристаллов SWED отслеживает изменения интенсивности света, распространяющегося через миниатюрные фотонные схемы.

«Это первый случай, когда детектор меньше размера клетки крови используется для обнаружения ультразвука с использованием технологии кремниевой фотоники, — объясняет Рами Шнайдерман, разработчик SWED. — Если бы пьезоэлектрический детектор был уменьшен до масштаба SWED, он был бы в 100 миллионов раз менее чувствительным».

«Степень, в которой мы смогли миниатюризировать новый детектор, сохранив при этом высокую чувствительность благодаря использованию кремниевой фотоники, просто захватывала дух», — подчеркивает профессор Василис Нциахристос, руководитель исследовательской группы. Размер SWED составляет около половины микрона (= 0,0005 миллиметров). Этот размер соответствует площади, которая по крайней мере в 10 000 раз меньше, чем у самых маленьких пьезоэлектрических детекторов, используемых в приложениях клинической визуализации. SWED также до 200 раз меньше, чем используемая длина волны ультразвука, что означает, что его можно использовать для визуализации деталей размером менее одного микрометра, это приводит к так называемой визуализации сверхвысокого разрешения.

«Изначально детектор был разработан для улучшения характеристик оптоакустической визуализации, что является основным направлением наших исследований в Helmholtz Zentrum München и TUM. Однако теперь мы предвидим его применение в более широкой области зондирования и визуализации», — заключает Нтциахристос.

Читать также

Ледник «Судного дня» оказался опаснее, чем думали ученые. Рассказываем главное

Появилось сразу два доказательства внеземной жизни. Одно на Венере, другое — неизвестно где

Гибридные автомобили опаснее для экологии, чем дизельные. Рассказываем главное

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Китай показал лазерную передачу данных со спутника со скоростью 100 Гбит/с
Космос
Кольцо весом 500 кг упало на Землю: откуда оно — неизвестно
Космос
Болезнь Альцгеймера связали с вирусом, которым заражены миллиарды людей
Наука
В Венгрии нашли древнейшее средневековое захоронение женщины с оружием
Наука
Ученые измерили излучение от смартфонов и сетей связи 5G
Новости
Раскрыта тайна миграции летучих мышей: они могут «оседлать шторм»
Наука
Китай обогнал Starlink: данные с орбиты передали со скоростью 100 Гбит/с
Космос
Найден неуловимый вулкан, который охладил Землю во времена Пушкина
Наука
Полеты к Луне, новый телескоп и анализ астероида: за какими миссиями следить в 2025 году
Кейсы
Как викинги и германцы пересекали Европу: анализ ДНК раскрыл пути древней миграции
Наука
Анализ «генеалогии» использовали для выявления опасных бактерий и вирусов
Наука
Астрофизики отследили источник радиосигнала из далекой галактики
Космос
Робот на водке, тараканы-киборги и механический голубь: необычные устройства 2024 года
Кейсы
Лучшее за 2024 год: интересные статьи партнеров
Кейсы
Борьба с ВИЧ, карта мозга и супер-земля: открытия 2024 года, изменившие мир
Кейсы
Чем запомнился 2024 год в изучении космоса: лунные миссии, успехи Маска и тайны темной материи
Кейсы
Неожиданное место активности гравитационных волн нашли в космосе
Космос
Астрономы нашли гигантский резервуар воды в космосе
Космос
У библейской горы в Иерусалиме обнаружили редкий артефакт
Наука
Кто-то смотрит в космос: посмотрите на туманность с необычной формой
Космос