基於PT對稱的高靈敏度微感測器

無線微感測器提供了監測環境的新方式，無線微感測器也可以允許用戶測量之前難以測量的領域，例如，有毒區域、車輛部件、或者人體的某些難以測量的角落。然而，研究人員們已經實現了這一點，他們通過微感測器獲得的高質量的數據。微感測器正是一種為應對環境的挑戰而生的微型化感測器。

來自紐約城市大學研究生院的高級科學研究中心（ASRC），韋恩州立大學和密歇根理工大學的研究人員今天在Nature Electronics上發表了一篇新論文（「Generalized parity–time symmetry condition for enhanced sensor telemetry」），解釋了具有遠超傳統感測器功能的新器件是如何藉助量子力學的概念來構建的。

用於遙感技術的PT對稱電子感測器。（圖片來源：韋恩州立大學Pai-Yen Chen）

由ASRC光子學項目主任和研究生中心愛因斯坦物理學教授Andrea Alù和韋恩州立大學教授Pai-Yen Chen領導的團隊開發了一種新的微型感測器設計技術，可以顯著提高靈敏度，並且具有小型化特性。他們的方法涉及使用光譜的宇稱時間相互縮放或PTX對稱來設計電子電路。 "讀取器"與符合PTX對稱性的被動微感測器配對。這一對器件實現了高度敏感的射頻讀數。

「為了使感測器小型化，提高其解析度並實現大規模網路感測設備，提高微感測器的靈敏度至關重要，」Alù說。「我們的方法通過引入廣義的對稱性條件來滿足這種需求，從而實現小型化中的高質量讀數。」

這項工作建立在量子力學和光學領域的最新進展上，這些研究表明，在空間和時間反演，或宇稱-時間（PT）對稱情況下系統是對稱的，可能為感測器設計帶來優勢。本文將此屬性推廣到更廣泛的一類設備，以滿足更一般的對稱形式--PTX對稱性。這種類型的對稱性特別適合於保持高靈敏度和小型化的設備。

研究人員能夠在基於射頻電子電路的遙感感測器系統中顯示這種現象，與傳統感測器相比，該系統的解析度和靈敏度都大大提高了。基於微機電（MEMS）的無線壓力感測器具有先前PT對稱器件的靈敏度優勢，但關鍵的是，廣義對稱條件允許器件小型化並且在緊湊的電子電路內的低頻率情況下能有效實現。

這種新的方法可以讓研究人員克服目前長期的分布無處不在的，監測大面積區域的微感測器網路方面的挑戰。在物聯網和大數據時代，這種網路對於無線健康，智能城市以及動態收集和存儲大量信息以進行最終分析的網路物理系統非常有用。

「開發具有高靈敏度的無線微感測器是生物植入，可穿戴電子，物聯網和網路物理系統實際應用的主要挑戰性問題之一，」Chen說。「雖然微電機感測器已經取得了不斷的進步，但自從遙感技術發明以來，遙感讀取的基本技術基本上沒有改變，這種新的遙測方法將使我們能夠實現長期以來的目標，即成功地檢測出非接觸式微感測器的微小物理或化學驅動。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！