新型声波传感器实现纳米级检测

在传统成像系统中，传感器是核心组件，无论其是由像素阵列构成，还是采用胶片形式。然而，当目标对象缩小至微观尺度时，传感器本身的尺寸也必须相应减小，这往往带来性能的显著退化。

近日，东北大学的研究团队在传感器技术领域取得关键性突破。他们开发出一种新型传感器，无需缩小传感器尺寸，便能检测到单个蛋白质或癌细胞级别的微小物体。这项技术依赖于导波与特殊的物质状态，能够在纳米级参数范围内实现高精度测量。

该设备的体积约为皮带扣大小，却具备纳米与量子尺度传感能力，为量子计算、精准医疗等多个前沿领域提供了新的可能性。

微型成像的挑战

以往，科学家在拍摄微小物体时，常需将相机系统微型化。但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，随着尺寸缩小，系统性能与灵敏度会随之下降。

作为微机电系统领域的专家，卡塞拉长期研究微米甚至纳米级别的机械与电子行为。他提出一个关键问题：如何在不降低像素尺寸的情况下，获得等效的成像效果？

这一挑战促使卡塞拉与电子与计算机工程系助理教授马可·科兰杰洛展开合作。科兰杰洛专攻凝聚态物理，研究原子尺度下物质的行为。他们共同在东北大学的EXP大楼实验室中，联合电子与计算机工程系助理教授悉达多·戈什，开展相关研究。

研究团队利用凝聚态物理中的“拓扑界面态”现象。这种状态允许将能量聚焦于纳米级区域，从而实现高度精准的参数测量，而不会因整体缩小设备而牺牲性能。

卡塞拉表示，这种新型传感器具有广泛的应用前景，特别是在量子信息处理和医疗诊断领域。他评价这项研究为“开创性”，认为其有望推动多个工程与科学分支的进一步发展。

戈什则指出，他们的方法避免了传统设备在微型化过程中遇到的诸多限制，借助“巧妙的物理机制”实现了技术突破。

研究团队将该装置命名为“拓扑导波声学传感器”。在初步实验中，他们成功检测到直径仅5微米的低功率红外激光源，这大约是人类毛发直径的十分之一。

“我们能够清晰地区分非常微弱的激励水平与高度局域化的参数变化。”科兰杰洛表示。他强调，这种设备不仅在实验层面取得成功，也为探索新的物理现象提供了平台。

尽管戈什对这项技术的长期影响保持审慎态度，但他也承认，这一发现为未来的研究打开了大量可能性。

在谈及合作时，两位教授都对彼此的贡献给予了高度评价。科兰杰洛肯定了卡塞拉在项目中的主导作用，而卡塞拉则表示，该项目能启动，正是得益于科兰杰洛此前获得的研究资金。

“我们有可能在未来十年内持续推动这项技术的发展。”卡塞拉总结道。

资料由 Northeastern University 提供。

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