科學家發明納米天線操縱光子

可用於檢測單個中共病毒

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【大紀元2020年09月04日訊】(大紀元記者高文森編譯報導)斯坦福大學的研究人員發明了一種納米天線技術,可以減緩並控制光子的傳播,在量子計算機、自動駕駛汽車的光檢和測距,生物探測技術上都有重要用途,比如可以檢測病毒的抗原和抗體。

光在介質中傳播的時候,與材料中的分子、原子的互動機率很小。科學家設計了一種特殊的技術,把光子困住,大幅降低光子的傳播速度,並能夠控制它的去向。

主要研究者斯坦福大學材料工程學副教授狄昂(Jennifer Dionne)說,就像聲音在房間內迴盪一樣,他們的設計能夠留住光子,之後按照需要控制光子的釋放。

研究人員介紹說,要控制光線,共振材料是關鍵。他們採用一層極薄的矽材料,能夠有效地困住光線,對特定頻率的光線吸收率很低。這份研究中,研究者嘗試控制的是近紅外線。

其中心元件由一層附著在藍寶石薄片上的矽材料製成。研究人員控制一個電子顯微鏡刻印頭,把納米天線的圖案蝕刻在上面。

納米天線的圖案要盡可能地光滑。這些天線起到回音室的牆壁的作用,圖案的瑕疵將影響鎖光的能力。可是這並不容易。

「在電腦上,很容易畫出邊界平滑的任何幾何圖形,但是在生產工藝上要做到這一點,受到的限制就很多。我們盡可能找到一種目前的生產工藝可以造得出的,鎖光性能最好的(圖案)設計。」合作研究員勞倫斯(Mark Lawrence)說。

研究人員用品質因子描述這種設備的鎖光性能,稱達到了2,500,是目前同類設備的一百倍。

這種設備為生物檢測技術帶來可喜的前景。單個生物分子太小,難以檢測。如果讓光線通過單個分子幾十萬次,將極大提高分子被發現的機率。

狄昂的實驗室已在考察怎樣用這種技術檢測目前正流行的中共病毒抗原和抗體。「我們的技術最後以醫療工作者習慣看到的光學讀數的方式給出檢測結果,鑒於這是利用光和分子有效互動的技術,我們可以檢測到單個病毒或是極少量的抗體。」

狄昂說這種技術在光檢和測距領域也十分有用。光檢和測距是自動駕駛汽車用到的重要技術之一。

最後,這項創新的技術還可以應用在量子學領域。比如,要將光子拆分形成糾纏的光子對,現有技術需要由一個桌面那麼大的、光滑的水晶製成的光學儀器才能實現。如果使用這種納米結構控制糾纏光子,將能造出手持式糾纏發生器。◇

責任編輯:朱涵儒

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