科学家发明纳米天线操纵光子

可用于检测单个中共病毒

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【大纪元2020年09月04日讯】(大纪元记者高文森编译报导)斯坦福大学的研究人员发明了一种纳米天线技术,可以减缓并控制光子的传播,在量子计算机、自动驾驶汽车的光检和测距,生物探测技术上都有重要用途,比如可以检测病毒的抗原和抗体。

光在介质中传播的时候,与材料中的分子、原子的互动概率很小。科学家设计了一种特殊的技术,把光子困住,大幅降低光子的传播速度,并能够控制它的去向。

主要研究者斯坦福大学材料工程学副教授狄昂(Jennifer Dionne)说,就像声音在房间内回荡一样,他们的设计能够留住光子,之后按照需要控制光子的释放。

研究人员介绍说,要控制光线,共振材料是关键。他们采用一层极薄的硅材料,能够有效地困住光线,对特定频率的光线吸收率很低。这份研究中,研究者尝试控制的是近红外线。

其中心元件由一层附着在蓝宝石薄片上的硅材料制成。研究人员控制一个电子显微镜刻印头,把纳米天线的图案蚀刻在上面。

纳米天线的图案要尽可能地光滑。这些天线起到回音室的墙壁的作用,图案的瑕疵将影响锁光的能力。可是这并不容易。

“在电脑上,很容易画出边界平滑的任何几何图形,但是在生产工艺上要做到这一点,受到的限制就很多。我们尽可能找到一种目前的生产工艺可以造得出的,锁光性能最好的(图案)设计。”合作研究员劳伦斯(Mark Lawrence)说。

研究人员用品质因子描述这种设备的锁光性能,称达到了2,500,是目前同类设备的一百倍。

这种设备为生物检测技术带来可喜的前景。单个生物分子太小,难以检测。如果让光线通过单个分子几十万次,将极大提高分子被发现的概率。

狄昂的实验室已在考察怎样用这种技术检测目前正流行的中共病毒抗原和抗体。“我们的技术最后以医疗工作者习惯看到的光学读数的方式给出检测结果,鉴于这是利用光和分子有效互动的技术,我们可以检测到单个病毒或是极少量的抗体。”

狄昂说这种技术在光检和测距领域也十分有用。光检和测距是自动驾驶汽车用到的重要技术之一。

最后,这项创新的技术还可以应用在量子学领域。比如,要将光子拆分形成纠缠的光子对,现有技术需要由一个桌面那么大的、光滑的水晶制成的光学仪器才能实现。如果使用这种纳米结构控制纠缠光子,将能造出手持式纠缠发生器。◇

责任编辑:朱涵儒

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