极小高性能量子感应器问世

石墨烯单层碳原子示意图。（Shutterstock）

科学家造出了一个智能感应器，只有不到一根头发直径的千分之一那么大，却能同时感应光的强度、偏振度和波长等多方面信息，在天文、医疗和远程感应方面有广泛的用途。

这项研究由耶鲁大学工程与科学系副教授夏丰年（Fengnian Xia，音译）和得州大学达拉斯分校（The University of Texas at Dallas）物理学副教授张凡（Fan Zhang，音译）等学者合作完成，4月13日发表于《自然》（Nature）期刊。

近年来莫尔材料（moiré materials）是研究的热门。科学家发现一些材料拧转到特定的角度会展现前所未见的特性。这份研究用的是拧转的双层石墨烯。

石墨烯是单层碳原子材料，这份研究使用的两层石墨烯通过一定角度错开叠加在一起。研究介绍说，拧转降低了晶体的对称性。很多情况下，材料在原子层面结构对称性低一些，会体现出在对称性较高的结构状态下所没有的、独特的物理特性。

这项研究中的材料体现出很明显的体光伏效应（bulk photovoltaic effect），即材料可以把光转变为电流信号。而这个过程中，材料对光线的强度、偏振度和波长都会做出不同的反应。

研究人员利用这种特性，再结合外部电子控制技术，制造的设备可以为每种光线绘制出它们的“平面指纹”，也就是这种光线的特征信息。

合作研究员袁少凡（Shaofan Yuan，音译）再利用一套以前用于分析图像的人工神经网络，分析这些指纹信息，制成了这个智能光感应器。

由于这个设备体积很小，将来在太空探索、医疗现场分析、以及机车和飞机上的远程感应方面都有广泛的用途。

合作研究员马朝（Chao Ma，音译）说：“理想情况下，一个这样的智能设备可以代替很多个现在用于捕捉光线的庞大、复杂、高成本的光学元件，大幅度减少所需的空间和成本开支。”