這款微小的晶體芯片利用太赫茲輻射可清晰透視多種材料，在醫(yī)療保健、生物學(xué)研究及安檢領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。來(lái)自蘇格蘭和日本的研究人員開(kāi)發(fā)出這種輕量化超導(dǎo)芯片，稱其能夠釋放太赫茲成像技術(shù)的全部潛力，并推動(dòng)開(kāi)發(fā)更強(qiáng)大、更便攜的設(shè)備。

太赫茲輻射位于電磁波譜的微波與紅外頻率之間。它能輕松無(wú)害地穿透多種材料，并在此過(guò)程中識(shí)別分子和生物材料的特征性"指紋"，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的檢測(cè)與分析。

盡管太赫茲成像技術(shù)已應(yīng)用于部分研究設(shè)備，但其體積、功耗要求以及可調(diào)性不足，通常意味著它們只能局限于單一場(chǎng)所和用途。

由格拉斯哥大學(xué)、筑波大學(xué)和日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的研究人員共同開(kāi)發(fā)的新型超導(dǎo)芯片，未來(lái)有望打造出輕量化、高能效的量子設(shè)備，并可調(diào)節(jié)以識(shí)別多種太赫茲指紋。

該芯片基于一種由鉍鍶鈣銅氧化物(BSCCO)制成的高溫超導(dǎo)量子材料晶體。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可直接在微型芯片上產(chǎn)生穩(wěn)定且可調(diào)的相干太赫茲波，從而實(shí)現(xiàn)緊湊且節(jié)能的成像系統(tǒng)。

在發(fā)表于《IEEE應(yīng)用超導(dǎo)匯刊》的一篇新論文中，該團(tuán)隊(duì)闡述了他們?nèi)绾卫眯酒某瑢?dǎo)發(fā)射器，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中創(chuàng)建出金屬、植物和生物材料的詳細(xì)圖像，展示了其在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用潛力。

該設(shè)備在安防領(lǐng)域的應(yīng)用潛力體現(xiàn)在其能夠清晰成像密封在紙信封中的手術(shù)刀片，以及軟盤的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。而對(duì)蒲公英葉片內(nèi)部精細(xì)葉脈的成像，以及對(duì)豬肉切片中脂肪與瘦肉區(qū)域差異的呈現(xiàn)，則展示了其在環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用可能。

研究團(tuán)隊(duì)還展示了如何利用該設(shè)備以高特異性準(zhǔn)確識(shí)別精細(xì)材料。特別值得一提的是，他們成功區(qū)分了視覺(jué)上相似的顆粒狀物質(zhì)，包括鹽、糖、面粉和咖喱粉，依據(jù)的是各自獨(dú)特的太赫茲光譜特征。這一能力凸顯了該技術(shù)在無(wú)需打開(kāi)密封包裝即可進(jìn)行非侵入性材料識(shí)別方面的潛力，在安檢、藥品檢測(cè)、食品質(zhì)量控制和法醫(yī)分析等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的辻本學(xué)博士是論文的共同通訊作者之一。他表示："長(zhǎng)期以來(lái)，太赫茲技術(shù)一直被認(rèn)為能帶來(lái)變革性影響，但設(shè)備的局限性阻礙了其更廣泛的應(yīng)用。我們的片上超導(dǎo)發(fā)射器展示了創(chuàng)新量子材料如何能夠克服這些障礙。以緊湊的格式對(duì)植物和生物樣本進(jìn)行無(wú)損成像，并實(shí)現(xiàn)精確的材料識(shí)別，不僅在工業(yè)、通信、量子技術(shù)和安防領(lǐng)域，而且在醫(yī)療和環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域都開(kāi)啟了令人興奮的機(jī)遇。我們非常期待繼續(xù)改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)實(shí)用、便攜且普及的太赫茲系統(tǒng)。"

論文的另一位共同通訊作者、格拉斯哥大學(xué)詹姆斯·瓦特工程學(xué)院的卡維赫·德?tīng)柗{扎里博士表示："太赫茲輻射是一種非常強(qiáng)大的工具，能夠在不損害樣本的情況下對(duì)多種材料進(jìn)行成像和識(shí)別。利用緊湊、強(qiáng)大的設(shè)備充分發(fā)掘太赫茲技術(shù)的潛力，將能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生物組織、植物樣本和醫(yī)療材料的快速、非接觸式檢測(cè)。它還可以應(yīng)用于醫(yī)療診斷、藥品檢測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)。目前，我們的系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中生成圖像大約需要15分鐘，分辨率為1毫米，因此還需要進(jìn)一步研究，以構(gòu)建更快、分辨率更高的系統(tǒng)。但這篇論文清楚地表明，芯片級(jí)超導(dǎo)光源能夠提供緊湊、電控可調(diào)和相干的太赫茲發(fā)射器，這對(duì)于將實(shí)用的微型化實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)至關(guān)重要。"

審核編輯 黃宇