声波传感技术实现纳米级物体的精准探测

声波传感技术实现纳米级物体的精准探测

在传感器技术领域，研究人员最近取得了一项突破性进展，能够探测到如单个蛋白质或单个癌细胞等极其微小的目标对象。这项创新无需缩小传感器尺寸，而是通过引导声波和特定物质态的结合，实现了在极小参数范围内的高精度感测。

该装置的体积大约相当于一个皮带扣，却具备在纳米尺度乃至量子尺度上进行探测的能力，为量子计算、精密医疗等多个前沿领域提供了全新的可能。

从缩小传感器到突破性设计

过去，科学家在尝试捕捉极小物体图像时，往往不得不缩小相机系统本身。然而，随着传感器尺寸的缩减，技术障碍也日益显著。Northeastern University电气与计算机工程副教授克里斯蒂安·卡塞拉指出，传感器像素的缩小通常会导致性能和灵敏度的下降。

为了解决这一矛盾，卡塞拉开始思考：如何在不减少像素尺寸的前提下实现等效的缩小？这一问题促使他与凝聚态物理专家、该校电气与计算机工程助理教授马尔科·科兰杰洛展开合作。

研究团队在Northeastern University的EXP大楼实验室中，借助科兰杰洛在凝聚态物理方面的专长，探索了一种称为“拓扑界面态”的机制。这些状态允许能量被精确地集中在纳米尺度的局部区域内，而不影响整体性能。

卡塞拉强调，这种方法不仅避免了传统传感器小型化带来的性能损失，也为未来的应用铺平了道路，例如在量子计算和精准医疗中的高精度探测。

声波传感的实验验证

这项被称为“拓扑导声波传感器”的实验成功实现了对直径仅5微米的低功率红外激光器的探测，相当于人类头发宽度的十分之一。这标志着一种全新传感机制的概念验证。

科兰杰洛表示，这种设备可以区分极其微弱的激发水平和高度局部化的参数。他对这项技术背后尚未验证的物理假设充满期待，并相信更深入的理解将进一步推动实际应用。

电气与计算机工程助理教授悉达尔塔·高什则对这项技术的未来发展持谨慎乐观态度。他指出，这一突破性成果为后续研究打开了多个新的探索方向。

研究团队成员之间互相表达了对彼此贡献的认可。科兰杰洛赞扬了卡塞拉在项目中的领导作用，而卡塞拉也特别提到了科兰杰洛所获得的研究资助，是项目得以推进的重要保障。

“我想，我们可能会在未来十年里一直致力于这项技术，”卡塞拉说道。

本研究由Northeastern University提供，相关内容转载自 news.northeastern.edu。