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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
每臺相機的核心都是傳感器，無論這個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，當你想拍攝一個非常小的物體，以至于傳感器本身必須縮小到很小的尺寸，從而導致傳感器性能急劇下降時，會發(fā)生什么呢？
如今，東北大學的研究人員在傳感技術領域取得了突破性發(fā)現(xiàn)，無需縮小傳感器尺寸，即可檢測到小至單個蛋白質或單個癌細胞的物體。他們的突破性發(fā)現(xiàn)利用導波和特殊的物質狀態(tài)，在極小的參數(shù)范圍內實現(xiàn)了極高的精度。
該設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，對從量子計算到精準醫(yī)療等各個領域都產(chǎn)生了影響。
縮小的相機
過去，當科學家想要用相機拍攝非常小的物體時，相機本身的尺寸也必須相應縮小。然而，東北大學電子與計算機工程系副教授克里斯蒂安·卡塞拉指出，隨著相機系統(tǒng)不斷小型化，這項技術面臨的障礙也越來越多。
卡塞拉是一位微機電技術專家，他研究的電氣和機械系統(tǒng)通常在比頭發(fā)絲還小的尺度上運行。他指出，隨著相機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電子與計算機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目的電子與計算機工程系助理教授悉達多·戈什，都在東北大學EXP大樓共用一間實驗室。
科蘭杰洛是凝聚態(tài)物理領域的專家，他研究固態(tài)物質在原子尺度上的行為。
他們的發(fā)現(xiàn)依賴于凝聚態(tài)物理學中一種稱為拓撲界面態(tài)的現(xiàn)象。這種狀態(tài)使研究人員能夠將能量集中到納米尺度的區(qū)域，從而聚焦于非常狹窄、高度局域化的區(qū)域，而不會像縮小整個裝置那樣導致性能下降。一納米是十億分之一米。
卡塞拉表示，由于其精準性，這項技術的潛在應用范圍很廣，從量子計算到精準醫(yī)療都可應用。他稱這項研究為“一項開創(chuàng)性的研究，展示了一種全新的技術”，有望推動科學和工程領域的進步。
Ghosh 表示，他們的方法意味著他們避免了在試圖將設備尺寸越來越小時遇到的傳統(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撲導波聲波傳感器，他們的首次實驗是概念驗證，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備開啟了全新的物理研究領域。“關于這些設備背后的物理原理，目前有一些假設尚未得到驗證，”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際應用�！�
Ghosh 對預測這項新技術未來的重要性仍持謹慎態(tài)度，但他同時也認為這是一項非常令人興奮的發(fā)現(xiàn)，為未來的研究開辟了許多途徑。
在署名時，科蘭杰洛和卡塞拉都對對方表示了認可。科蘭杰洛贊揚卡塞拉領導了該項目，而卡塞拉則很快指出，該項目只有在科蘭杰洛獲得的一筆資助下才能得以實現(xiàn)。
“我認為，我們可能會在未來 10 年里繼續(xù)研究這項技術，”卡塞拉說。
由 Northeastern University 提供
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