近期，据NASA官网消息，NASA技术专家与新纳米技术的发明者合作，利用这种纳米技术改变空间科学家构建光谱仪方式，而光谱仪是几乎所有科学学科使用的重要装置，可以测量从天体包括地球本身发出的光的性质。

图：首席研究员Mahmooda Sultana与MIT合作开发了一种用于空间的量子点光谱仪。

NASA Goddard 太空飞行中心的研究工程师Mahmooda Sultana，现在正在与麻省理工学院（MIT）的化学教授吉·巴旺迪(Moungi Bawendi)合作，开发基于Bawendi课题组开创的新兴量子点技术的原型成像光谱仪。根据e科网之前报道，清华大学电子工程系教授鲍捷曾与莫吉·巴旺迪教授合作提出了一种光谱仪微型化的新方法，这是国际上首次报道将胶体量子点纳米材料应用于微型光谱仪制作的研究（详见：胶体量子点纳米材料让光谱仪更方便易用不是梦）。

引入量子点

量子点是在20世纪80年代初发现的一种半导体纳米晶体。肉眼不可见，在测试中已经证明这些量子点可以根据它们的尺寸、形状和化学成分吸收不同波长的光。该技术对于依赖光分析的应用包括智能手机摄像头、医疗设备以及环境测试设备来说是很有潜力的。

“这是非常新颖的，” Sultana说，她认为这项技术可以小型化以及引起天基光谱仪的革命性变革，特别是那些用于无人驾驶飞行器和小卫星的设备。“它真的可以简化仪器集成。”

吸收光谱仪，顾名思义，测量光与样品（例如大气气体）的相互作用中作为频率或波长的函数的光的吸收。在通过样品或与样品相互作用后，光到达光谱仪。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，然后它们的检测器单元进行检测以产生光谱。光谱吸收越强烈，特定化学物质的含量就越大。

虽然天基光谱仪由于小型化技术已经变得越来越小，但是它们仍然相对较大，Sultana说。“较高的光谱分辨率对于使用光栅和棱镜的仪器需要较长的光路。这通常会导致仪器变大。而在此，使用量子点作为滤波器根据其大小和形状吸收不同的波长，我们可以做一个超紧凑的仪器。换句话说，你可以淘汰掉如光栅、棱镜和干涉滤光片等光学部件。”

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量子点。随着它们的尺寸减小，量子点吸收的光的波长也减小。“这使得可以产生连续可调但又不同的一组吸收滤光器，其中每个单元都是由具有特定尺寸、形状或组成的量子点组成。我们将精确控制每个点的吸收。我们可以自定义仪器来观察在高光谱分辨率下许多不同波段。”

此图显示了设备如何打印根据其尺寸和组成吸收不同波长光的量子点滤波器。新兴技术可以为科学家提供一种更灵活、更经济的方法来开发常用的光谱仪。

原型仪器正在开发中

在NASA技术开发支持下，Sultana正在努力开发，热真空和振动试验合格，并展示了对太阳和极光成像所需的可见波长敏感的20×20量子点阵列。然而，该技术可以很容易地扩展到覆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。

在合作中，Sultana正在开发一种特别用于CubeSat应用程序的仪器概念，MIT博士生Jason Yoo正在研究合成不同前体化学品以生产量子点，然后将其打印到合适基材上的技术。“最终，我们希望将量子点直接打印到检测器单元上，”她说。

“这是一项非常新颖的技术，” Sultana补充说，她承认正处在它发展的早期。“但我们正在努力快速提高其技术准备水平。一些可能受益的空间科学机会正在筹备中。”

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