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- 該傳感器利用聲波探測極小尺度的物體。
- 來源：諾亞勞埃德 Northeastern University 發(fā)表于 2025/12/26
每臺相機(jī)的核心都是傳感器，無論這個(gè)傳感器是由感光像素組成的集合體，還是一條35毫米膠片。但是，當(dāng)你想拍攝一個(gè)非常小的物體，以至于傳感器本身必須縮小到很小的尺寸，從而導(dǎo)致傳感器性能急劇下降時(shí)，會發(fā)生什么呢？
如今，東北大學(xué)的研究人員在傳感技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性發(fā)現(xiàn)，無需縮小傳感器尺寸，即可檢測到小至單個(gè)蛋白質(zhì)或單個(gè)癌細(xì)胞的物體。他們的突破性發(fā)現(xiàn)利用導(dǎo)波和特殊的物質(zhì)狀態(tài)，在極小的參數(shù)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了極高的精度。
該設(shè)備大小與皮帶扣相仿，為納米級和量子級傳感開辟了可能性，對從量子計(jì)算到精準(zhǔn)醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域都產(chǎn)生了影響。
縮小的相機(jī)
過去，當(dāng)科學(xué)家想要用相機(jī)拍攝非常小的物體時(shí)，相機(jī)本身的尺寸也必須相應(yīng)縮小。然而，東北大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系副教授克里斯蒂安·卡塞拉指出，隨著相機(jī)系統(tǒng)不斷小型化，這項(xiàng)技術(shù)面臨的障礙也越來越多。
卡塞拉是一位微機(jī)電技術(shù)專家，他研究的電氣和機(jī)械系統(tǒng)通常在比頭發(fā)絲還小的尺度上運(yùn)行。他指出，隨著相機(jī)傳感器像素尺寸的減小，性能和靈敏度都會下降。那么，卡塞拉想知道，“如何在不減小像素尺寸的情況下，實(shí)現(xiàn)等效的像素尺寸減小呢？”
這看似自相矛盾，卻迫使卡塞拉跳出固有思維模式，最終找到了東北大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系的助理教授馬可·科蘭杰洛�？铺m杰洛、卡塞拉以及同樣參與該項(xiàng)目的電子與計(jì)算機(jī)工程系助理教授悉達(dá)多·戈什，都在東北大學(xué)EXP大樓共用一間實(shí)驗(yàn)室。
科蘭杰洛是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的專家，他研究固態(tài)物質(zhì)在原子尺度上的行為。
他們的發(fā)現(xiàn)依賴于凝聚態(tài)物理學(xué)中一種稱為拓?fù)浣缑鎽B(tài)的現(xiàn)象。這種狀態(tài)使研究人員能夠?qū)⒛芰考械郊{米尺度的區(qū)域，從而聚焦于非常狹窄、高度局域化的區(qū)域，而不會像縮小整個(gè)裝置那樣導(dǎo)致性能下降。一納米是十億分之一米。
卡塞拉表示，由于其精準(zhǔn)性，這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用范圍很廣，從量子計(jì)算到精準(zhǔn)醫(yī)療都可應(yīng)用。他稱這項(xiàng)研究為“一項(xiàng)開創(chuàng)性的研究，展示了一種全新的技術(shù)”，有望推動科學(xué)和工程領(lǐng)域的進(jìn)步。
Ghosh 表示，他們的方法意味著他們避免了在試圖將設(shè)備尺寸越來越小時(shí)遇到的傳統(tǒng)限制，而是利用“一些巧妙的物理原理”來克服這些限制。
一場感官革命
研究人員將這種傳感器稱為拓?fù)鋵?dǎo)波聲波傳感器，他們的首次實(shí)驗(yàn)是概念驗(yàn)證，成功探測到直徑為5微米的低功率紅外激光。這大約是人類頭發(fā)絲直徑的十分之一。
“在這里，我們確實(shí)能夠區(qū)分非常微弱的激發(fā)水平和非常局域化的參數(shù)，”科蘭杰洛說道。他興奮的根源主要在于這些設(shè)備開啟了全新的物理研究領(lǐng)域�！瓣P(guān)于這些設(shè)備背后的物理原理，目前有一些假設(shè)尚未得到驗(yàn)證，”他繼續(xù)說道，“但對這些物理原理的深入理解也將有助于推動其實(shí)際應(yīng)用�！�
Ghosh 對預(yù)測這項(xiàng)新技術(shù)未來的重要性仍持謹(jǐn)慎態(tài)度，但他同時(shí)也認(rèn)為這是一項(xiàng)非常令人興奮的發(fā)現(xiàn)，為未來的研究開辟了許多途徑。
在署名時(shí)，科蘭杰洛和卡塞拉都對對方表示了認(rèn)可�？铺m杰洛贊揚(yáng)卡塞拉領(lǐng)導(dǎo)了該項(xiàng)目，而卡塞拉則很快指出，該項(xiàng)目只有在科蘭杰洛獲得的一筆資助下才能得以實(shí)現(xiàn)。
“我認(rèn)為，我們可能會在未來 10 年里繼續(xù)研究這項(xiàng)技術(shù)，”卡塞拉說。
由 Northeastern University 提供
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