我科學家提出超靈敏納米探測新技術

科技日報長沙12月2日電（記者俞慧友）納米粒子或病毒分子的靈敏探測技術，對環境監控、醫學診斷和防恐安全等諸多領域有明顯的實用價值。如，在大氣污染物中，相比微米尺寸（PM2.5），納米懸浮顆粒可穿透人體肺部細胞和血腦屏障，對健康的威脅更大。而目前，靈敏度最高的光學感測器可檢測粒徑尺寸為10納米的微粒，已逼近理論極限。近日，湖南師範大學教授景輝，提出了一種突破靜態腔探測理論極限的新方案。能利用旋轉環形光學微腔，將靈敏度提到比目前最好的靜態腔高3倍，從而能探測到更小的納米顆粒。這一結果，日前發表在美國光學學會的旗艦期刊《光學》上。

根據光學感測器工作原理，當微粒靠近感測器時會影響其中光的傳播，進而影響光輸出。通過在輸出端探測光學輸出的變化，就可實現微小粒子的檢測。越小的微粒，引起的光學輸出變化越弱，越不容易被探測。要想探測更小的微粒甚至病毒，就需放大微粒對光的影響，即提高感測器的靈敏度。目前實驗學家已通過抑制光學耗散或減小感測器體積等方法來提高靈敏度，但光耗散或器件體積不可能無限減小，這些技術方案存在探測的理論極限。

景輝提出的旋轉光學微腔方案，開拓性的提出了利用相對論薩格納克效應，突破靜態光學腔量子探測的理論極限。在旋轉的環形腔中，沿著腔旋轉方向傳播的光，比逆著腔旋轉方向傳播的光，走過的路程更長，由於相對論光速不變原理，沿著腔旋轉方向的光的頻率，會變得更低；逆著腔旋轉方向的光的頻率，會變得更高。即薩格納克效應。換言之，隨腔轉速提高，光學頻率變化會越來越大。因此，相對於靜止的光學感測器，這種不依賴光學耗散或器件體積，僅依賴機械轉速的旋轉腔感測器可顯著增強微粒對光的影響，放大光學輸出的變化，進而突破量子探測理論極限，實現超高靈敏度探測。

該工作不僅對靈敏探測技術有明顯實用價值，也為研究新型旋轉腔人工量子器件技術開闢了道路。

（來源：科技日報 ）

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