创新声波传感器实现纳米级探测
在摄影系统中，传感器始终扮演着核心角色，无论是基于像素阵列的数字成像，还是传统的胶片相机。然而，当目标物体极其微小时，传统传感器的尺寸也必须随之缩小，从而造成性能显著下降。
为解决这一难题，东北大学的研究团队近期取得重大突破，开发出一种无需缩小传感器尺寸即可检测单个蛋白质乃至单个癌细胞的技术。该技术结合导波和拓扑界面态等先进原理，在极窄参数范围内实现了超高灵敏度。
这款传感器的大小仅与一枚皮带扣相当，却在纳米尺度和量子尺度传感方面展现出巨大潜力，为量子计算、精准医疗等多个前沿领域提供了新的可能。
微型成像的挑战与突破
过去，科学家若想在微观世界中进行成像，往往需要相应缩小成像设备的体积。然而，东北大学电子与计算机工程系的克里斯蒂安·卡塞拉副教授指出，随着设备小型化，技术瓶颈也愈发明显。
作为一名专注于微机电系统（MEMS）的研究者，卡塞拉长期在亚微米尺度上探索电气与机械系统的运行机制。他发现，当相机像素尺寸减小时，成像质量与系统灵敏度都会受到显著影响。
为突破这一限制，卡塞拉提出一个反直觉的问题：“我们如何在不缩小像素尺寸的前提下，达到等效的微型化效果？”这一思路促使他与马可·科兰杰洛展开合作。
科兰杰洛是凝聚态物理领域的专家，研究固态材料在原子尺度上的特性。他与卡塞拉以及电子与计算机工程系的悉达多·戈什教授共同在东北大学的EXP大楼内开展研究。
他们的技术核心在于利用拓扑界面态这一凝聚态物理现象，将能量高度集中于纳米级区域。与直接缩小传感器不同，这种方式可避免性能下降，同时实现更高精度的探测。
卡塞拉表示，该技术在多个领域都具有广泛应用前景，从量子信息处理到生物医学成像，均能发挥关键作用。
戈什则认为，该方法避开了传统微型化路径中的诸多限制，通过巧妙的物理机制实现突破。
迈向未来的技术里程碑
研究团队将这种传感器命名为拓扑导波声波传感器，并在实验中完成了初步验证。他们成功检测到直径仅5微米的低功率红外激光束，相当于人类头发丝直径的十分之一。
“我们能够精准区分非常微弱的信号和高度局部化的参数。”科兰杰洛表示。他强调，这项工作不仅验证了技术的可行性，也为深入探索其背后的物理机制奠定了基础。
尽管戈什对技术的未来影响持谨慎态度，但他也承认，这一发现为后续研究打开了广阔的空间。
在项目署名环节，科兰杰洛与卡塞拉均对彼此的贡献表示了认可。科兰杰洛称赞卡塞拉在项目推进中的领导力，而卡塞拉也强调，项目得以启动得益于科兰杰洛所获得的研究经费。
“我相信，未来十年内，我们仍将持续探索这项技术的应用边界。”卡塞拉表示。
本研究由 Northeastern University 提供。