Misurazioni ad alta precisione su scala di chip di grandezze fisiche come temperatura, la pressione e l'indice di rifrazione sono diventati comuni con le cavità di risonanza nanofotonica e nanoplasmonica. Come eccellenti trasduttori per convertire piccole variazioni dell'indice di rifrazione locale in spostamenti spettrali misurabili, le cavità di risonanza vengono ampiamente utilizzate in una varietà di discipline che vanno dal biorilevamento e dai manometri alla spettroscopia atomica e molecolare. I risonatori microring e microdisk (MRR) su scala chip sono ampiamente utilizzati per questi scopi grazie alle loro dimensioni miniaturizzate, relativa facilità di progettazione e fabbricazione, fattore di alta qualità, e versatilità nell'ottimizzazione della loro funzione di trasferimento.

Il principio di funzionamento di tali sensori risonanti si basa sul monitoraggio della dipendenza dallo spettro del risonatore soggetto a minuscole variazioni nell'ambiente circostante (ad es. diversi tipi di atomi e molecole, gas, pressione, temperatura). Eppure, nonostante diversi importanti risultati, tali sensori ottici sono ancora limitati nelle loro prestazioni, e la loro miniaturizzazione è molto impegnativa.

Ora, un team dell'Università Ebraica di Gerusalemme ha dimostrato un sensore su chip in grado di rilevare variazioni di frequenza senza precedenti. L'approccio consiste in due risonatori microring in cascata, con uno che funge da dispositivo di rilevamento e l'altro che svolge il ruolo di riferimento, eliminando così le fluttuazioni ambientali e di sistema come la temperatura e la frequenza del laser.

"Qui dimostriamo una precisione di rilevamento record su un dispositivo con un ingombro ridotto che può essere integrato con la tecnologia CMOS standard, aprendo la strada a misurazioni ancora più entusiasmanti, come il rilevamento di singole particelle e la termometria su scala di chip ad alta precisione, " ha detto il prof. Uriel Levy, Direttore dell'Harvey M. Krueger Family Center for Nanoscience and Nanotechnology presso l'Università Ebraica di Gerusalemme, e membro di facoltà presso il Dipartimento di Fisica Applicata della Rachel and Selim Benin School of Computer Science and Engineering.

Tra le innovazioni che hanno reso possibile questo sviluppo vi sono l'integrazione su scala chip della misurazione di riferimento, e uno schema di bloccaggio del servo-loop che traduce gli effetti misurati dal dominio ottico al dominio della radiofrequenza. Questi hanno permesso ai ricercatori di quantificare le capacità del loro sistema utilizzando tecnologie RF consolidate, come frequenzimetri, analizzatori di spettro, e standard atomici.