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美高校联合研究出借助量子力学概念的高灵敏度微型无线传感器,性能远超常规传感器

美国纽约市立大学研究生院、韦恩州立大学和密歇根理工大学组建的高级科学研究中心(ASRC)的研究人员在《自然·电子》上发表了一篇新文章,展示了借用量子力学的概念研制的具有远远超出常规能力的新传感器。

 

研究背景

微型无线传感器能够帮助人们测量以前难以进入的空间,为环境监测提供了新方法,例如有毒区域、车辆部件或人体内部难以到达区域等。这些传感器设备所工作的环境要求其体积极小,但是研究人员一直无法有效的提升这些设备的数据质量和灵敏度。

 

新型微传感器

由ASRC光子学研究部主任Andrea Alu领导的团队和韦恩州立大学教授Pai-Yen Chen一起开发了一种设计微传感器的新技术,可以显着提高灵敏度。

 

Alu说:“在推动传感器小型化以提高其分辨率并实现大规模网络传感设备方面,提高微传感器的灵敏度至关重要。我们的方法通过引入广义的对称性条件来满足这种需求,从而实现小型化设备的高质量读数。”

 

高灵敏度数据传输的关键

他们的方法涉及使用等谱奇偶时间倒数缩放或PTX对称来设计电子电路。“阅读器”与符合PTX对称性的被动微传感器配对。这对器件实现了高度敏感的射频读数。

 

这项工作基于量子力学和光学领域的最新进展,这些最新研究表明,在空间和时间反演,或奇偶校验时间(PT)对称下,系统是对称的。这些理论为传感器设计带来了优势。

 

研究人员能够在基于射频电子电路的遥测传感器系统中显示这种现象,与传统传感器相比,该系统的分辨率和灵敏度显着提高。

 

研究意义

基于微机电(MEMS)的无线压力传感器利用了先前PT对称器件的灵敏度优势,但关键的是广义对称条件允许器件小型化,并且使得在小型电子电路内的低频率下有效实现。

 

在物联网和大数据时代,这种网络对于无线健康、智能城市以及动态收集和存储大量信息以进行最终分析的网络物理系统非常有用。

 

Chen说:“开发具有高灵敏度的无线微传感器是生物植入、可穿戴电子、物联网和网络物理系统实际应用的主要挑战性问题之一,虽然微型微机械传感器已经取得了进步,但自从遥测技术发明以来,遥测技术的基本技术基本上没有改变。我们研究的这种新的遥测技术将使成功探测无触点微传感器的微小物理或化学激励成为可能。”

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