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斯坦福工程师开发小型光电探测器,像壁虎耳朵一样工作。

壁虎和许多其他动物的头部太小,不能像我们这样用大耳朵来三角形划分噪音的位置。取而代之的是,它们有一个穿过头部的小隧道,用来测量传入的声波反弹的方式以找出它们来自哪个方向。

斯坦福工程师开发小型光电探测器,像壁虎耳朵一样工作。壁虎耳朵含有一种类似于斯坦福大学研究人员用来检测入射光角度的系统。(图像信用:Vitaliy Halenov)

面对微小尺寸和三角测量的问题,来自斯坦福大学的研究人员已经提出了一个类似的系统来检测入射光的角度。这样的系统可以让微型相机探测光是从哪里来的,但是没有大透镜的体积。

材料科学与工程学教授马克·布朗格斯玛(Mark Brongersma)是一篇论文的高级作者,他说:“在照相机上制作一个小像素,表示光线来自这个方向或那个方向,是很困难的,因为理想情况下,像素非常小——现在大约是头发的1/100。”这个系统发表在10月29日的《自然纳米技术》上。所以ITWPA60607QTES喜欢两只眼睛非常靠近,试图穿过它们,看看光是从哪里来的。

这些研究人员正在研究能够记录光的许多特性的微型探测器,包括颜色、极性和光的角度。据他们所知,他们在这篇文章中描述的系统是第一个证明用这么小的装置确定光的角度是可能的。

“确定光线方向的典型方法是使用透镜。但是这些都是大的,因此当你收缩一个设备时,没有类似的机制,所以它比大多数细菌都小。

更详细的光检测可以支持无透镜照相机、增强现实和机器人视觉的进步,这对于自主车很重要。

从原子到壁虎

如果声音不是直接从壁虎的顶部传过来,那么一个耳鼓基本上会窃取一些声波能量,否则这些声波能量就会通过隧道传到另一个耳鼓。这个推论帮助壁虎——以及大约15000种其他具有类似隧道的动物物种——理解声音来自哪里。

研究人员用两根硅纳米线(直径约100纳米,宽度约为头发的1/1000)来模拟光电探测器中的这种结构,就像壁虎的耳膜一样,它们彼此相邻。它们的位置如此接近,以至于当光波以一定角度入射时,最靠近光源的电线会干扰波击中它的邻居,基本上会投射出阴影。检测光的第一条导线会发出最强的电流。通过比较两条导线中的电流,研究人员可以绘制入射光波的角度。

壁虎并不是最初建造这个系统的灵感来源。这篇论文的主要作者是威斯康辛-麦迪逊大学电气和计算机工程专业的研究生宋玉怡,在工作已经开始之后,才发现他们的设计和壁虎的耳朵很相似。他们对相似的深层次都感到惊讶。结果是,解释壁虎耳朵和这个光电探测器的数学原理是一样的,它也描述了紧密排列的原子之间的干涉现象。

“从理论上讲,603007qtes实际上非常有趣,因为许多基本干涉概念一直延伸到量子力学,它们都出现在一个可以实际使用的装置中,”Fan说。

长期承诺

这个项目开始时,这篇论文的作者之一,宗付煜,是一个在风机实验室的学生,主动把自己在那里的工作由Brongersma和他的实验室,他们取得了长足的进步,但把工作搁置,而玉申请教师职位,随后的研究中,ES他在威斯康星大学建立实验室,在那里他现在是一名助理教授,电气和计算机工程,在他的实验室工作的Soongyu Yi。

许多年后,出版的概念,目前的证据后,研究人员说,他们期待着建立他们的结果。接下来的步骤包括确定他们还有什么可以测量光和把几个纳米线并排看他们是否能建立一个完整的成像系统,记录所有他们感兴趣的一次细节。

“我们已经为此工作了很长时间——Zongfu在这个项目的开始和结束之间有一个完整的人生故事!这表明我们在质量上没有妥协,”Brongersma说。“很有趣的是,我们可能会在这里再呆20年,找出这个系统的所有潜力。”

本文作者还包括范鹏宇、林典民、王肯兴泽、威斯康星大学麦迪逊分校的纳德·贝达德和明周。布朗格斯马也是斯坦福生物X(Stanford Bio-X)的成员,斯坦福前置能源研究所(StanfordPreourtInstitutefor.)的子公司,也是斯坦福吴蔡神经科学研究所(Wu Tsai Neurosciences Institute)的成员。范也是爱德华L.金茨顿实验室的主任,也是斯坦福能源学院的高级研究员。

这项工作是由海军研究办公室和空军科学研究办公室资助的。

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