"光谱仪是帮助我们理解各种材料化学与物理性质的关键工具，其原理基于光与物质相互作用时发生的变化，"该研究的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程教授布伦丹·奥康纳表示。"它们被广泛应用于从制造业到生物医学诊断的诸多领域。但目前市面最小的光谱仪仍相当笨重。
"我们研发的光谱仪运行速度快、工作电压低，且对广谱光敏感，"奥康纳指出。"我们的演示原型仅数平方毫米——可集成到手机中。若需要，可缩小至单个像素尺寸。"
该技术利用微型光电探测器感知光与目标材料相互作用后的波长。通过对探测器施加不同电压，可调控其最敏感的光谱范围。
"若对探测器快速施加系列电压，并记录每个电压下捕获的所有光波长，通过简易计算程序就能重构出穿透或反射目标材料的光的精确特征，"奥康纳解释道。"电压变化范围低于1伏，全过程耗时不足1毫秒。"
此前微型化光电探测器的尝试或依赖复杂光学元件，或需高电压驱动，或无法实现如此宽光谱的高灵敏度探测。
在概念验证测试中，研究人员发现其像素级光谱仪的精度与传统光谱仪相当，灵敏度媲美商用光电探测设备。
"长远目标是让光谱仪进入消费市场，"奥康纳强调。"微型化尺寸与低能耗特性使其具备智能手机集成可行性，这将催生诸多创新应用。从科研角度看，该技术还为成像光谱、显微光谱及其他实验室应用提供了更便捷的解决方案。"
题为《基于偏压可调串联有机光电探测器的单像素光谱仪》的论文发表于Device期刊。第一作者哈里·施里克斯系北卡罗来纳州立大学前博士研究生。共同作者包括：阿卜杜拉·阿尔沙菲（北卡罗来纳州立大学前博士生）、迦勒·摩尔（北卡罗来纳州立大学前本科生）、裴雨森（北卡罗来纳州立大学博士生）、苏凤岐（北卡罗来纳州立大学材料科学与工程Walter and Ida Freeman讲席教授）以及迈克尔·库德诺夫（北卡罗来纳州立大学电子与计算机工程约翰与凯瑟琳·阿梅因家族杰出教授）。
本研究获美国国家科学基金会（资助号：1809753、2324190）及海军研究办公室（资助号：N000142412101）支持。