传感器利用声波在最小尺度上探测物体

每台相机的核心都有一个传感器，无论是一组光感应像素，还是一条35毫米胶片带。但如果你想拍出一个非常小的物体，以至于传感器本身不得不收缩到导致传感器性能大幅下降的尺寸时，会发生什么？

如今，Northeastern University的研究人员在传感技术方面取得了突破性发现，能够探测到单个蛋白质或单个癌细胞等微小物体，而无需额外缩小传感器尺寸。他们的突破利用导引声波和特殊物质态，在极小参数内实现高精度。

该装置大小约为皮带扣，开启了纳米和量子尺度的感测可能性，影响从量子计算到精密医疗等各领域。

缩小相机

以前，科学家想用非常小的物体训练相机时，相机本身也必须缩小。然而，随着摄像头系统的缩小，这项技术面临越来越大的障碍，Northeastern University电气与计算机工程副教授克里斯蒂安·卡塞拉表示。

作为微机电技术的专家，卡塞拉表示，随着相机传感器像素尺寸减小，性能和灵敏度都会下降。那么，卡塞拉想知道，“你怎么可能在不减少像素尺寸的情况下，实现同等的像素尺寸缩小？”

虽然这在术语上看似矛盾，但这迫使卡塞拉跳出固有思维，最终联系了合作者、Northeastern University电气与计算机工程助理教授马尔科·科兰杰洛。科兰杰洛、卡塞拉和电气与计算机工程助理教授悉达尔塔·高什（Siddhartha Ghosh）也参与了该项目，他们共同使用Northeastern UniversityEXP大楼的实验室空间。

科兰杰洛是凝聚态物理的专家，研究物质在原子尺度上固体时的行为。

他们的发现依赖于凝聚态物理中称为拓扑界面态的机制。这些状态使研究人员能够将能量精准化到纳米尺度区域，专注于非常狭窄、高度局部的区域，而不会像整个设备规模缩小那样降低性能。一纳米等于十亿分之一米。

卡塞拉表示，由于其准确性，潜在应用范围从量子计算延伸到精准医疗。他称这是“一项开创性研究，展示了一项全新的技术”，有望推动科学和工程领域的进步。

Ghosh表示，他们的方法意味着他们避免了传统限制，试图让设备越来越小，而是用“一些巧妙的物理”来绕过这些限制。

感官革命

这项被称为拓扑导声波传感器的实验，是一次概念验证，探测到直径为五微米的低功率红外激光器。那大约是人类头发宽度的十分之一。

科兰杰洛说：“在这里，我们能够区分极小的激发水平和非常局部的参数。”他的兴奋主要源于这些设备开辟的新型物理研究。他继续说：“关于这些装置背后的物理机制有一些假说尚未得到验证，但对这些物理的更深入理解也将有助于推动实际应用的发展。

高什对预测这项新技术的未来重要性持谨慎态度，但也认为这是一个非常令人兴奋的发现，为未来研究打开了许多方向。

在将作品归属时，科兰杰洛和卡塞拉都归功于对方。科兰杰洛赞扬卡塞拉领导该项目，而卡塞拉则迅速指出，该项目之所以能实现，是因为科兰杰洛获得了一笔资助。

“我想，我们可能会在未来十年里一直致力于这项技术，”卡塞拉说。

由Northeastern University提供 

本报道由 news.northeastern.edu 转载。

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