智能傳感過(guò)程的藝術(shù)渲染：量子幾何特性決定了光響應(yīng)，然后由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解釋。

一組研究人員建造了一個(gè)智能傳感器——大小約為人類(lèi)頭發(fā)橫截面的 1/1000——可以同時(shí)檢測(cè)光的強(qiáng)度、偏振和波長(zhǎng)，利用電子的量子特性。這是一項(xiàng)有助于推進(jìn)天文學(xué)、醫(yī)療保健和遙感領(lǐng)域的突破。

在耶魯大學(xué) Barton L. Weller 工程與科學(xué)副教授夏豐年和德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校物理學(xué)副教授張帆的帶領(lǐng)下，研究結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。

近年來(lái)，研究人員了解到，以特定角度扭曲某些材料可以形成所謂的“莫爾材料”，這種材料會(huì)產(chǎn)生以前未被發(fā)現(xiàn)的特性。在這種情況下，研究小組使用了扭曲的雙層石墨烯 (TDBG)——即兩個(gè)原子層的天然堆疊碳原子，經(jīng)過(guò)輕微的旋轉(zhuǎn)扭曲——來(lái)構(gòu)建他們的傳感裝置。這一點(diǎn)很關(guān)鍵，因?yàn)榕で�降低了晶體的對(duì)稱(chēng)性，并且原子結(jié)構(gòu)不太對(duì)稱(chēng)的材料——在許多情況下——承諾了一些有趣的物理特性，而這些特性在那些具有更大對(duì)稱(chēng)性的材料中是沒(méi)有的。

借助該設(shè)備，研究人員能夠檢測(cè)到所謂的體光伏效應(yīng) (BPVE) 的強(qiáng)烈存在，這是一種將光轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，其響應(yīng)強(qiáng)烈依賴(lài)于光強(qiáng)度、偏振和波長(zhǎng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，TDBG 中的 BPVE 可以通過(guò)外部電氣手段進(jìn)一步調(diào)整，這使他們能夠?yàn)槊糠N不同的入射光創(chuàng)建光電壓的“二維指紋”。

夏實(shí)驗(yàn)室的研究生、該研究的共同主要作者袁紹凡提出了應(yīng)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）（一種以前用于圖像識(shí)別的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）來(lái)破譯這些指紋的想法。從那里，他們能夠展示一個(gè)智能光電探測(cè)器。

它的小尺寸使其對(duì)深空探索、原位醫(yī)學(xué)測(cè)試和自動(dòng)駕駛汽車(chē)或飛機(jī)上的遙感等應(yīng)用具有潛在價(jià)值。此外，他們的工作揭示了基于莫爾材料研究非線性光學(xué)的新途徑。

“理想情況下，一個(gè)智能設(shè)備可以取代幾個(gè)用于捕獲光信息的笨重、復(fù)雜和昂貴的光學(xué)元件，從而顯著節(jié)省空間和成本，”夏實(shí)驗(yàn)室的研究生、共同主要作者馬超說(shuō)的研究。