基于声波的微型传感器实现纳米级探测
在现代成像系统中，传感器始终是核心组件，无论是数字图像传感器的像素阵列，还是传统的35毫米胶片。但当目标物体微小到需要传感器也相应缩小，这种做法往往导致性能下降。面对这一挑战，东北大学的科研团队最近在传感技术方面取得了重要进展。
他们开发出一种新型传感器，能够在不缩减尺寸的情况下探测到单个蛋白质或癌细胞级别的微小物体。该技术依赖导波与拓扑界面态，实现了在极小参数范围内的高精度测量。
这款设备的尺寸与一枚皮带扣相当，却为纳米和量子传感带来了全新的可能性。其应用前景涵盖了量子计算、生物医学等多个高技术领域。
微型成像系统的挑战
以往，科学家若想捕捉微小结构，往往需要将成像设备缩小至相应尺度。然而，东北大学电子与计算机工程系副教授克里斯蒂安·卡塞拉指出，这种做法在技术上面临诸多限制。
卡塞拉专注于微机电系统（MEMS）研究，其工作常常涉及比人类头发丝还要细小的尺度。他指出，随着传感器像素尺寸的缩小，设备的性能和灵敏度都会受到影响。因此，他提出了一个关键问题：“如何在保持像素尺寸不变的前提下，实现类似缩小的效果？”
这一问题促使他与来自同一研究团队的同事展开合作，其中包括电子与计算机工程系助理教授马可·科兰杰洛和悉达多·戈什。三位研究人员在东北大学EXP大楼共用实验室，共同推进这一前沿项目。
科兰杰洛是凝聚态物理领域的专家，研究对象是固体材料在原子尺度上的行为。
他们所采用的方法依赖于拓扑界面态，这是凝聚态物理中的一个现象，能够将能量集中于纳米尺度区域。这种方法允许系统聚焦于高度局域化的区域，而不必缩减整个传感器的尺寸，从而避免了传统微型化过程中的性能损失。
卡塞拉强调，这种新型传感技术有望在多个领域产生深远影响，尤其是在量子计算和精准医疗方面。他称该研究为“开创性的成果”，为工程与科学的发展提供了新的方向。
戈什补充说，这种技术突破了传统微型化路径的限制，而是通过“巧妙的物理机制”实现性能优化。
开启传感技术新纪元
研究人员将这款传感器命名为拓扑导波声波传感器。在初步实验中，他们成功探测到直径为5微米的低功率红外激光，这一尺寸约为人类发丝直径的十分之一。
- “我们能够区分极弱的激发信号和高度局域化的参数，”科兰杰洛表示。
- 他特别提到，这项技术为探索新的物理现象提供了可能。目前，关于其背后的物理机制仍有一些假设尚未验证，但深入研究将有助于推动应用落地。
戈什则对这项技术的长期价值持谨慎乐观态度。他认为，虽然短期内难以全面评估其潜力，但这项发现无疑为未来的研究指明了多个方向。
在署名环节，两位研究人员都表达了对合作方的感谢。科兰杰洛肯定了卡塞拉在项目中的主导作用，而卡塞拉也指出，如果没有科兰杰洛的资助支持，这一项目难以推进。
“我相信，在未来十年，这项技术仍将是研究重点。”卡塞拉如是总结。
本内容由 Northeastern University 提供。