一种智能量子传感器，可同时检测光的强度、偏振和波长

智能传感过程的艺术渲染：量子几何特性决定了光响应，然后由神经网络解释。

一组研究人员建造了一个智能传感器——大小约为人类头发横截面的 1/1000——可以同时检测光的强度、偏振和波长，利用电子的量子特性。这是一项有助于推进天文学、医疗保健和遥感领域的突破。

在耶鲁大学 Barton L. Weller 工程与科学副教授夏丰年和德克萨斯大学达拉斯分校物理学副教授张帆的带领下，研究结果发表在《自然》杂志上。

近年来，研究人员了解到，以特定角度扭曲某些材料可以形成所谓的“莫尔材料”，这种材料会产生以前未被发现的特性。在这种情况下，研究小组使用了扭曲的双层石墨烯 (TDBG)——即两个原子层的天然堆叠碳原子，经过轻微的旋转扭曲——来构建他们的传感装置。这一点很关键，因为扭曲降低了晶体的对称性，并且原子结构不太对称的材料——在许多情况下——承诺了一些有趣的物理特性，而这些特性在那些具有更大对称性的材料中是没有的。

借助该设备，研究人员能够检测到所谓的体光伏效应 (BPVE) 的强烈存在，这是一种将光转化为电能的过程，其响应强烈依赖于光强度、偏振和波长。研究人员发现，TDBG 中的 BPVE 可以通过外部电气手段进一步调整，这使他们能够为每种不同的入射光创建光电压的“二维指纹”。

夏实验室的研究生、该研究的共同主要作者袁绍凡提出了应用卷积神经网络（CNN）（一种以前用于图像识别的人工神经网络）来破译这些指纹的想法。从那里，他们能够展示一个智能光电探测器。

它的小尺寸使其对深空探索、原位医学测试和自动驾驶汽车或飞机上的遥感等应用具有潜在价值。此外，他们的工作揭示了基于莫尔材料研究非线性光学的新途径。

“理想情况下，一个智能设备可以取代几个用于捕获光信息的笨重、复杂和昂贵的光学元件，从而显着节省空间和成本，”夏实验室的研究生、共同主要作者马超说的研究。

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