新型传感器通过声波实现微观探测
现代成像系统的核心部件通常都是传感器，无论是基于像素的电子图像传感器，还是传统的胶片。然而，当目标物体小到需要传感器自身也相应缩小以实现捕获时，传感器的性能往往会显著下降。这种挑战在微观尺度成像中尤为突出。
近日，来自东北大学的研究团队在传感器领域取得重要进展，成功开发出一种无需缩小尺寸即可探测微小物体的新型装置。该技术基于导波和特定的物质状态，实现了在极小空间内的高精度测量，能够识别单个蛋白质乃至癌细胞。
这款传感器的体积大约相当于一块皮带扣，却具备纳米乃至量子级别的感知能力，为多个前沿科技领域提供了新的发展方向，包括量子计算与精准医疗。
微型成像的困境
以往，科学家想要观察微观世界，通常需要将成像系统微型化。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，随着设备尺寸的减小，性能与灵敏度都会受到限制。
卡塞拉专注于微机电系统（MEMS），他的研究对象常常处于头发丝直径级别的尺度上。他提出关键问题：“如何在不降低像素尺寸的前提下，实现等效于缩小像素尺寸的效果？”这一看似矛盾的思路促使他转向跨学科合作。
在他的推动下，卡塞拉与东北大学电子与计算机工程系助理教授马可·科兰杰洛展开合作。科兰杰洛是凝聚态物理领域的专家，研究物质在原子尺度上的行为机制。
研究团队在凝聚态物理中发现了一种关键现象——拓扑界面态。这种现象能够将能量聚焦在纳米尺度的区域，从而实现高精度探测，而无需通过缩小整个设备来实现。
卡塞拉表示，这项技术的潜力巨大，有望在量子信息处理、生物传感等多个领域得到应用。他将其称为“开创性突破”，认为它为科学与工程带来新的可能性。
前沿传感技术的实验验证
研究人员将这种新型装置命名为“拓扑导波声波传感器”。在初步实验中，它成功探测到直径仅5微米的低功率红外激光信号，该尺寸约为人类头发丝的十分之一。
科兰杰洛表示：“我们能够有效区分微弱的信号强度以及高度局域化的物理参数。”他特别指出，这项技术为探索新的物理现象提供了平台。尽管目前仍有一些理论假设尚未被证实，但他相信，这些基础研究将进一步推动实际应用。
电子与计算机工程系助理教授悉达多·戈什同样对这项研究充满期待。虽然他对技术的未来发展持审慎态度，但他认为这是一项极具突破性的发现，为后续研究奠定了坚实基础。
在成果署名时，两位教授都对彼此的贡献表达了高度认可。科兰杰洛赞扬卡塞拉在项目中的主导作用，而卡塞拉则强调，项目得以启动正是得益于科兰杰洛获得的专项资金支持。
“我认为，这项技术在未来10年仍将持续发展，”卡塞拉总结道。
本文由 Northeastern University 提供。