新型声波传感器在微观尺度实现精准探测
在传感器技术领域，一项重要进展有望带来深远影响——研究人员开发出一种能够识别单个蛋白质或单个癌细胞等极小物体的传感器。这项研究由Northeastern University主导，通过利用声波和特殊的物质态，在极小的参数范围内实现了高精度探测。
从智能手机到医疗成像设备，现代相机依赖于内置的图像传感器来捕捉画面。然而，当目标对象变得极小，传统方式将传感器缩小往往会导致性能显著下降。
此次Northeastern University的研究团队绕过了这一难题，通过引导声波和利用拓扑界面态，实现了在不缩小传感器尺寸的前提下，捕捉微观尺度的细节变化。该传感器设备体积仅约皮带扣大小，却在纳米和量子尺度上展现出卓越的感知能力，为量子计算、精准医疗等多个领域提供了新的研究方向。
突破传统缩小限制的路径
过去，科学家在尝试捕捉微小物体时，通常需要缩小整个成像系统，但这种方法面临诸多技术瓶颈。Northeastern University电气与计算机工程副教授克里斯蒂安·卡塞拉指出，随着像素尺寸的减小，图像传感器的性能和灵敏度往往会下降。
为了应对这一挑战，卡塞拉提出了一种新的思路：如何在不缩减像素尺寸的前提下，实现与像素缩小相当的效果？他与同事马尔科·科兰杰洛和悉达尔塔·高什共同探索这一问题，利用大学的实验室资源进行实验。
科兰杰洛长期专注于凝聚态物理的研究，尤其关注材料在原子尺度上的行为。在此次研究中，他与团队利用了拓扑界面态这一物理现象。这种机制能够在纳米尺度上精准控制能量，使其集中于极小区域，而不会影响设备整体性能。
卡塞拉强调，这种方法的应用潜力巨大，不仅限于基础研究，还能推动包括量子计算和医疗检测在内的多个工程领域的发展。他称此研究为“开创性的技术展示”，具有推动科学与工程进步的重要意义。
探索新型物理机制
这项实验性研究名为“拓扑导声波传感器”，成功探测到直径约五微米的低功率红外激光，大小约为人类头发宽度的十分之一。
“我们能够在极小的激发水平下检测到非常局部的参数变化。”科兰杰洛表示。他指出，这种技术为探索新的物理机制提供了可能性，一些尚未验证的理论假说也有望借此得到进一步探索。
尽管对技术的未来前景持谨慎态度，高什仍认为，这项研究成果为后续研究打开了多个方向。他表示，理解设备背后的物理过程不仅能增强基础认知，也可能催生更多实际应用。
在谈及项目合作时，科兰杰洛和卡塞拉彼此表达了高度认可。科兰杰洛感谢卡塞拉在项目中的领导能力，而卡塞拉则强调科兰杰洛的资助支持是项目得以成功的关键。
“我想，我们可能在未来十年中继续推动这项技术的发展。”卡塞拉说。
本研究由Northeastern University提供，本文内容转载自 news.northeastern.edu。