光谷实验室攻克短波红外成像芯片新技术:成本降至百分之一

光谷实验室攻克短波红外成像芯片新技术:成本降至百分之一 据介绍,胶体量子点一体化异质集成红外技术的核心优势在于:1.图像分辨率高,理论上像素尺寸仅受限于艾利斑直径;2. 溶液法低温加工,与任何形貌的基底均兼容;3.探测波段高度可定制化,探测波段不受衬底吸收影响;4. 可大面积加工,兼容12寸CMOS晶圆制备工艺。在食品检测、半导体检测等工业应用中,基于短波红外成像的机器视觉如同机器的“眼睛”,具有重要意义;而成像芯片作为成像系统最核心部件,对成像质量以及相机成本均起着决定性作用。传统铟镓砷短波红外芯片造价非常昂贵,因此短波红外相机均价高达25万元,严重制约着市场增长。光谷实验室团队通过4年时间,全力攻关量子点技术,通过低温的溶液法制备工艺,实现可与硅基芯片一体化集成的量子点短波红外成像芯片,其探测波段范围远超传统铟镓砷芯片,同时制造成本仅不到百分之一。光谷实验室团队面向手机模组、车载相机等消费级应用场景,已申请十五项发明专利,已获授权七项,当前产品已应用在车载应用、水果分拣、物质检测、半导体检测、安防监控等领域,并与华为知名企业展开合作。 ... PC版: 手机版:

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国产红外热成像大厂被美国列入SDN名单 官方回应

国产红外热成像大厂被美国列入SDN名单 官方回应 据介绍,睿创微纳全资子公司艾睿光电专注于红外成像技术和产品的研发制造,具有完全自主知识产权,致力于为全球客户提供专业的、有竞争力的红外热成像产品和行业解决方案。美国国务院网站称,将艾睿光电被列入SDN清单的原因是,该公司向俄罗斯客户提供美国工业和安全局发布的高优先级物品清单当中的产品,包括伸缩式热成像瞄准镜。对于艾睿光电被列入SDN清单一事,睿创微纳表示,艾睿光电在海外无分支机构,公司正在对子公司艾睿光电被列入SDN 清单产生的影响进行评估,并将制定有效的应对措施。此次子公司艾睿光电被列入 SDN 清单不会影响公司及其他子公司业务开展,对公司整体影响可控。当前,公司经营及财务情况一切正常,在手订单充足,市场开拓工作有序推进。官网信息显示,睿创微纳成立于2009年12月,注册资本1.8亿元,是一家从事专用集成电路、特种芯片设计与制造技术开发的国家高新技术企业,深耕红外、微波、激光三大领域,掌握多光谱传感研发的核心技术与AI算法研发等能力,为全球客户提供MEMS芯片、ASIC处理器芯片、红外热成像全产业链产品和激光、微波产品及光电系统。艾睿光电的睿创微纳的核心的红外热成像业务子公司。睿创微纳主要产品为小面阵、QVGA、VGA、XGA、SXGA、金属封装探测器系列、陶瓷封装探测器系列、晶圆级封装探测器系列、XCoreLA系列机芯、XCoreMicro机芯、XCoreLT系列机芯、XCoreNano机芯、户外手持红外热成像仪系列、智能手机热像仪、多功能头盔式热像仪、车载红外热成像仪系列、融合式双光望远镜、多功能手持望远镜。目前,睿创微纳的产品广泛应用于工业测温、汽车夜间辅助驾驶、安防监控、森林防火、建筑节能评估、消费电子以及物联网等诸多领域。2019年6月,睿创微纳在科创板上市。值得注意的是,在新冠疫情期间,市场对于红外测温设备需求暴涨,导致了相关元器件的供应紧缺与价格暴涨。其中,红外探测器和MEMS机芯则是红外成像系统的核心组件。而在当时,睿创微纳则是为数不多的国产红外探测器及MEMS机芯供应商,除了自产自用外,还有向海康威视、华中数控等红外整机厂商提供红外测温探测器或机芯。根据睿创微纳此前公布财报显示,2023年,睿创微纳实现营业总收入35.59亿元,同比增长34.50%;归母净利润4.96亿元,同比增长58.21%;扣非净利润4.36亿元,同比增长75.22%。另外,睿创微纳2024年一季度财报显示,该季度营收约10.07亿元,同比增加27.47%;归母净利润约1.29亿元,同比增加57.56%;扣非净利润为1.15已元,同比增长51.72%。虽然睿创微纳称此次列入SDN清单的子公司艾睿光电在海外无分支机构,不会影响公司及其他子公司业务开展,对公司整体影响可控。但是,也不排除后续会对于其及其他子公司海外业务的影响。财报显示,睿创微纳2023年在海外市场的销售收入继续保持增长态势,实现境外主营业务收入14.19亿元,较上年同期增长6.83%,占当期主营业务收入的40.74%。值得一提的是,今年4月7日傍晚,睿创微纳曾发布公告称,国家监察委员会已经对公司实际控制人、董事长兼总经理马宏先生实施留置。据了解,留置是监察机关对涉嫌职务违法或犯罪行为的被调查人,可能出现法定妨碍调查的情形,在一定时间内将其留在特定场所配合调查的一种强制性措施。 ... PC版: 手机版:

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NASA开发的创新型红外传感器提高了地球和空间成像的分辨率

NASA开发的创新型红外传感器提高了地球和空间成像的分辨率 戈达德工程师 Murzy Jhabvala 拿着他的紧凑型热成像仪技术的核心部件一种高分辨率、高光谱范围的红外传感器,适用于小型卫星和前往其他太阳系天体的任务。资料来源:美国国家航空航天局这些相机配备了高灵敏度、高分辨率的应变层超格传感器,这些传感器最初是由美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心开发的,由内部研究与开发(IRAD)计划资助。由于设计紧凑、重量轻、用途广,Tilak Hewagama 等工程师可以根据不同的科学应用对它们进行定制。增强的传感器功能Hewagama 说:"将滤光片直接连接到探测器上,消除了传统镜头和滤光片系统的巨大质量。这使得低质量的仪器拥有了一个紧凑的焦平面,现在可以使用更小、更高效的冷却器进行红外探测。小型卫星和任务可以从其分辨率和精确度中获益。"工程师 Murzy Jhabvala 在马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心领导了最初的传感器开发工作,并领导了今天的滤波器集成工作。Jhabvala 还领导了国际空间站上的"紧凑型热成像仪"实验,该实验展示了新传感器技术如何在太空中生存,同时也证明了其在地球科学领域的重大成功。通过两个红外波段捕捉到的1500多万张图像为发明者贾巴拉、NASA戈达德同事唐-詹宁斯(Don Jennings)和康普顿-塔克(Compton Tucker)赢得了2021年年度发明奖。2019 年和 2020 年,紧凑型热成像仪在国际空间站上捕捉到了澳大利亚异常严重的火灾。凭借其高分辨率,它探测到了火锋的形状和位置,以及火锋距离居民区有多远这些信息对急救人员至关重要。资料来源:美国国家航空航天局地球和空间观测的突破这次试验获得的数据提供了有关野火的详细信息,让人们更好地了解了地球云层和大气层的垂直结构,并捕捉到了由地球陆地特征引起的上升气流,这种上升气流被称为重力波。这种突破性的红外传感器利用层层重复的分子结构与单个光子(或光的单位)相互作用。这种传感器能以更高的分辨率分辨更多波长的红外线:从轨道上看,每个像素的分辨率为 260 英尺(80 米),而目前的热像仪的分辨率为 1000 至 3000 英尺(375 至 1000 米)。这些热量测量相机的成功吸引了美国国家航空航天局地球科学技术办公室(ESTO)、小企业创新与研究以及其他计划的投资,以进一步扩大其覆盖范围和应用。Jhabvala和NASA的先进陆地成像热红外传感器(ALTIRS)团队正在为今年的激光雷达、高光谱和热成像仪(G-LiHT)机载项目开发六波段版本。他说,这种首创的相机将测量地表热量,并能以高帧频进行污染监测和火灾观测。新一代火灾成像技术美国国家航空航天局戈达德地球科学家道格-莫顿(Doug Morton)领导了一个 ESTO 项目,开发用于野火探测和预测的紧凑型火灾成像仪。莫顿说:"我们不会看到更少的火灾,因此我们正试图了解火灾在其生命周期中是如何释放能量的。这将帮助我们更好地理解在一个越来越易燃的世界中火灾的新特性。"CFI 将同时监测释放更多温室气体的最热火灾和产生更多一氧化碳以及烟雾和灰烬等空气传播颗粒的较冷、燃烧的煤炭和灰烬。莫顿说:"在安全和了解燃烧释放的温室气体方面,这些都是关键因素。"莫顿的团队设想,在对火情成像仪进行机载测试后,他们将装备一个由 10 颗小型卫星组成的舰队,每天提供更多的火情图像,从而提供全球火情信息。他说,结合下一代计算机模型,"这些信息可以帮助森林服务和其他消防机构预防火灾,提高前线消防员的安全,保护火灾路径上居民的生命和财产安全"。探测地球内外的云层美国国家航空航天局戈达德地球科学家吴栋说,该传感器装有偏振滤光片,可以测量地球高层大气云层中的冰颗粒是如何散射和偏振光的。吴说,这一应用将补充美国国家航空航天局的浮游生物、气溶胶、云层和海洋生态系统(PACE)任务,该任务在上个月早些时候揭示了其首批光图像。两者都测量光波的偏振方向与红外光谱不同部分的传播方向的关系。他解释说:"PACE偏振计监测可见光和短波红外光。这项任务将重点关注白天观测到的气溶胶和海洋颜色科学。在中波和长波红外波段,新的红外偏振计将从白天和夜间观测中捕捉云层和表面特性。"在另一项工作中,Hewagama 正在与 Jhabvala 和 Jennings 合作,加入线性可变滤光片,以提供红外光谱中更多的细节。这些滤光片可以显示大气分子的旋转和振动以及地球表面的成分。行星科学家卡莉-安德森(Carrie Anderson)说,这项技术也能让前往岩质行星、彗星和小行星的任务受益匪浅。她说,他们可以识别土星卫星恩克拉多斯(Enceladus)巨大羽流中释放出的冰和挥发性化合物。"它们本质上是冰的喷泉,"她说,"当然是冷的,但发出的光在新红外传感器的探测范围之内。在太阳的背景下观察这些羽流,可以让我们非常清楚地识别它们的成分和垂直分布。"编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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革命性的元光学设备和尖端计算成像算法改变了热成像技术的运用

革命性的元光学设备和尖端计算成像算法改变了热成像技术的运用 "我们的方法克服了传统光谱热成像仪的难题,传统热成像仪由于依赖于大型滤光轮或干涉仪,通常都比较笨重和精密,"研究团队负责人、来自普渡大学的祖宾-雅各布(Zubin Jacob)说。"我们将元光学设备和尖端计算成像算法结合起来,创造出一种既紧凑又坚固,同时还具有大视场的系统。"在光学出版集团的高影响力研究期刊《光学》(Optica)上,作者介绍了他们的新型光谱偏振分解系统,该系统利用一叠旋转元表面将热光分解为光谱和偏振成分。这样,除了传统热成像技术获取的强度信息外,成像系统还能捕捉热辐射的光谱和偏振细节。研究人员的研究表明,新系统可与商用热像仪配合使用,成功地对各种材料进行分类,而这对于传统热像仪来说通常是一项具有挑战性的任务。这种方法能够根据光谱偏振特征区分温度变化和识别材料,有助于提高包括自动导航在内的各种应用的安全性和效率。旋转元表面堆栈可将热光分解为光谱和偏振成分。研究人员将元表面堆栈与传统的长波红外摄像机和计算成像算法相结合,创建了一个紧凑而强大的光谱热成像系统。本文第一作者、普渡大学博士后研究员王学吉说:"传统的自主导航方法主要依赖于 RGB 摄像机,而这种摄像机在光线不足或天气恶劣等恶劣条件下难以发挥作用。与热辅助探测和测距技术相结合,我们的光谱偏振热像仪可以在这些困难的情况下提供重要信息,比 RGB 或传统热像仪提供更清晰的图像。一旦我们实现了实时视频捕捉,该技术就能大大提高场景感知能力和整体安全性。"用更小的相机做更多的事情长波红外光谱偏振成像对于夜视、机器视觉、痕量气体传感和热成像等应用至关重要。然而,当今的光谱极坐标长波红外成像仪体积庞大,光谱分辨率和视场有限。为了克服这些限制,研究人员转向大面积元表面能以复杂方式操纵光线的超薄结构表面。在设计出具有定制红外响应的旋转色散元表面后,他们开发出了一种制造工艺,可以利用这些元表面制造出适合成像应用的大面积(直径 2.5 厘米)旋转设备。由此产生的旋转堆栈尺寸小于 10 x 10 x 10 厘米,可与传统红外摄像机配合使用。"将这些大面积元光学设备与计算成像算法相结合,有助于高效地重建热辐射光谱。这使得光谱极坐标热成像系统比以前的系统更加紧凑、坚固和有效"。利用热成像技术对材料进行分类为了评估他们的新系统,研究人员使用各种材料和微结构拼出了"普渡大学"字样,每种材料和微结构都具有独特的光谱极坐标特性。利用该系统获取的光谱极坐标信息,他们准确地区分了不同的材料和物体。他们还证明,与传统热成像方法相比,该系统的材料分类准确性提高了三倍,凸显了该系统的有效性和多功能性。研究人员说,这种新方法对于需要详细热成像的应用尤其有用。"例如,在安全领域,它可以通过检测隐藏在人身上的物品或物质来彻底改变机场系统,王学吉说。"此外,其紧凑坚固的设计增强了其在不同环境条件下的适用性,使其特别有利于自主导航等应用"。除了利用该系统实现视频捕捉之外,研究人员还在努力提高该技术的光谱分辨率、传输效率以及图像捕捉和处理速度。他们还计划改进元表面设计,以实现更复杂的光操作,从而获得更高的光谱分辨率。此外,他们还希望将该方法扩展到室温成像,因为元表面堆栈的使用限制了该方法对高温物体的应用。他们计划利用改进的材料、元表面设计和抗反射涂层等技术来实现这一目标。编译自/ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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新型40万像素超导相机提供前所未有的宇宙视野

新型40万像素超导相机提供前所未有的宇宙视野 一直以来,超导照相机虽然能满足低噪声和高灵敏度的要求,但受限于其体积小,通常不超过几千个像素,这限制了其捕捉高分辨率图像的能力。然而,一个研究小组最近的一项突破打破了这一障碍,制造出了一台拥有 40 万像素的超导照相机。这一进步使我们能够探测从紫外线到红外线波长的宽光谱微弱天文信号。基于超导纳米线单光子探测器的 40 万像素超导相机。资料来源:Adam McCaughan/NIST虽然有很多其他的照相机技术,但使用超导探测器的照相机因其极低的工作噪声而非常适合在天文任务中使用。在对微弱光源成像时,照相机必须如实报告接收到的光量,而不能歪曲接收到的光量或注入自己的错误信号。超导探测器由于其低温运行和独特的成分,完全可以胜任这一任务。正如项目负责人亚当-麦考恩博士所描述的,"有了这些探测器,你可以整天采集数据,捕捉数十亿个光子,而其中只有不到十个光子是噪声造成的"。NIST 团队成员 Bakhrom Oripov(左)和 Ryan Morgenstern(右)将超导相机安装到专用低温平台上。资料来源:Adam McCaughan/NIST不过,虽然超导探测器在天文应用方面大有可为,但由于相机尺寸小,像素相对较少,它们在该领域的应用一直受到阻碍。由于这些探测器的灵敏度非常高,因此很难在小范围内安装大量的探测器而不相互干扰。此外,由于这些探测器需要在低温冰箱中保持低温,因此只能用少量的导线将信号从照相机传送到温度较高的读出电子装置。为了克服这些限制,美国国家标准与技术研究院(NIST)、美国国家航空航天局喷气推进实验室(JPL)和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员将时域多路复用技术应用于二维超导纳米线单光子探测器(SNSPD)阵列的检测。单个 SNSPD 纳米线排列成相交的行和列。当光子到达时,测量触发行探测器和列探测器所需的时间,以确定是哪个像素发出的信号。通过这种方法,相机只需在几根读出导线上对许多行和列进行有效编码,而无需数千根导线。这幅动画描述了新开发的读出系统,该系统使研究人员有可能制造出一台 40 万像素的单线超导照相机,这是同类照相机中分辨率最高的照相机。资料来源:S. Kelley/NISTSNSPD 是众多此类超导探测器技术中的一种,包括微波动感探测器 (MKID)、过渡边传感器 (TES) 和量子电容探测器 (QCD)。SNSPD 的独特之处在于其工作温度远高于其他技术所需的毫开尔文温度,并且具有极高的时间分辨率,但无法分辨单个光子的颜色。近二十年来,NIST、JPL 和其他机构一直在合作研究 SNSPD,而最近的这项工作之所以能够完成,完全得益于更广泛的超导探测器领域所取得的进步。研究小组采用了这种读出架构后,他们发现立即就可以建造像素数量极多的超导相机。正如技术带头人巴赫罗姆-奥里波夫博士所描述的那样:"这里最大的进步在于探测器是真正独立的,因此如果你想要像素更高的相机,只需在芯片上增加更多的探测器即可。研究人员指出,虽然他们最近的项目是一个 40 万像素的设备,但他们还即将展示一个像素超过 100 万的设备,目前还没有找到上限。"JPL 小组成员与两个低温冷却器原型,它们将用于测试远紫外波长的超导照相机。从左到右依次为:Emanuel Knehr、Boris Korzh、Jason Allmaras 和 Andrew Beyer。资料来源:Boris Korzh/NASA JPL研究人员认为,他们的相机最令人兴奋的用途之一是在太阳系外寻找类地行星。为了成功探测到这些行星,未来的太空望远镜将观测遥远的恒星,寻找来自轨道行星的微小反射光或发射光。探测和分析这些信号极具挑战性,需要长时间曝光,这意味着望远镜收集到的每一个光子都非常宝贵。一台可靠的低噪声照相机对于探测这些数量极少的光至关重要。SNSPD 摄像机还可用于探测来自深空任务的光通信信号。事实上,美国国家航空航天局(NASA)目前正在通过深空光通信(DSOC)项目演示这种能力,这是首次演示来自行星际空间的自由空间光通信。DSOC 正在从一个名为"Psyche"的航天器(已于 10 月 13 日发射升空,正在前往 Psyche 小行星的途中)向位于帕洛玛天文台的一个基于 SNSPD 的地面终端发送数据。光学链路的数据传输速率远远高于星际间的射频链路。为接收 Psyche 数据的地面站开发的照相机具有出色的定时分辨率,可以对来自航天器的光学数据进行解码,从而在一定时间内接收到比使用无线电信号多得多的数据。这些传感器还将在地球上的许多应用中发挥作用。由于这种相机的工作波长非常灵活,因此可以优化其在生物医学成像方面的应用,以探测以前无法探测到的细胞和分子发出的微弱信号。麦考恩博士指出:"我们非常希望神经科学家能够使用这种相机。这项技术可以为他们提供一种新的工具,以完全非侵入性的方式研究我们的大脑"。最后,迅速发展的量子技术领域也将从这一令人兴奋的技术中获益,它有望改变我们确保通信和交易安全的方式,以及我们模拟和优化复杂过程的方式。一个光子可用于传输或计算一个比特的量子信息。目前,许多公司和政府都在努力扩大量子计算机和通信链路的规模,而获得如此易于扩展的单光子照相机可以克服释放量子技术全部潜力的主要障碍之一。据研究小组称,下一步将是利用这一初步演示,并对其进行优化,使其适用于太空应用。共同项目负责人鲍里斯-科尔日(Boris Korzh)博士说:"现在,我们已经进行了概念验证演示,但我们还需要对其进行优化,以充分展示其潜力。研究团队目前正在计划进行超高效率照相机演示,以验证这项新技术在紫外线和红外线方面的实用性。"编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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麻省理工学院的新型核磁共振成像技术揭示大脑深处隐藏的光线

麻省理工学院的新型核磁共振成像技术揭示大脑深处隐藏的光线 现在,麻省理工学院的工程师们想出了一种新方法来检测大脑中这种被称为生物发光的光:他们改造了脑血管,使其表达一种蛋白质,这种蛋白质能使血管在光的作用下扩张。这种扩张可以通过磁共振成像(MRI)观察到,从而使研究人员能够精确定位光源。"我们在神经科学以及其他领域面临的一个众所周知的问题是,在深层组织中使用光学工具非常困难。"麻省理工学院生物工程、脑与认知科学以及核科学与工程学教授艾伦-贾萨诺夫(Alan Jasanoff)说:"我们研究的核心目标之一就是想出一种方法,以相当高的分辨率对深层组织中的生物发光分子进行成像。"贾萨诺夫和他的同事们开发的新技术可以让研究人员比以前更详细地探索大脑的内部运作。贾萨诺夫同时也是麻省理工学院麦戈文大脑研究所的副研究员,他是这项研究的资深作者,研究报告发表在今天(5月10日)的《自然-生物医学工程》上。麻省理工学院前博士后罗伯特-奥伦多夫(Robert Ohlendorf)和李楠是这篇论文的主要作者。一种利用磁共振成像(MRI)检测大脑生物发光的新方法。麻省理工学院开发的这项技术可以让研究人员比以前更详细地探索大脑的内部运作。图为血管在转导了光敏基因后呈现鲜红色。图片来源:研究人员提供生物发光蛋白存在于许多生物体内,包括水母和萤火虫。科学家利用这些蛋白质标记特定的蛋白质或细胞,然后用发光仪检测它们的发光。荧光素酶就是经常用于此目的的蛋白质之一,它有多种形式,能发出不同颜色的光。贾萨诺夫的实验室专门研究利用核磁共振成像技术为大脑成像的新方法,他们希望找到一种方法来检测大脑深处的荧光素酶。为此,他们想出了一种将脑血管转化为光探测器的方法。一种流行的核磁共振成像是通过成像大脑中血流的变化来实现的,因此研究人员设计了血管本身,使其通过扩张对光做出反应。贾萨诺夫说:"血管是功能性核磁共振成像和其他无创成像技术中成像对比度的主要来源,因此我们认为可以通过光敏血管本身,将这些技术成像血管的内在能力转化为成像光的手段。"为了使血管对光敏感,研究人员设计血管表达一种叫做Beggiatoa光活化腺苷酸环化酶(bPAC)的细菌蛋白质。当暴露在光线下时,这种酶会产生一种叫做 cAMP 的分子,从而导致血管扩张。血管扩张时,会改变含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的平衡,而这两种血红蛋白具有不同的磁性。这种磁性的变化可以通过核磁共振成像检测到。BPAC 专门对波长较短的蓝光做出反应,因此它能检测到近距离内产生的光线。研究人员使用病毒载体将 bPAC 的基因专门传递给构成血管的平滑肌细胞。将这种载体注射到小鼠体内后,整个大脑大面积的血管都变得对光敏感。"血管在大脑中形成了一个极为密集的网络。大脑中的每个细胞距离血管都在几十微米之内,"贾萨诺夫说。"我喜欢用这样的方式来描述我们的方法:我们基本上把大脑的血管变成了一台三维照相机"。一旦血管对光敏感,研究人员就植入经过改造的细胞,如果存在一种叫做CZT的底物,这些细胞就会表达荧光素酶。在大鼠身上,研究人员能够通过核磁共振成像检测荧光素酶,从而发现扩张的血管。研究人员随后测试了他们的技术能否检测到大脑自身细胞产生的光,如果这些细胞被设计成能表达荧光素酶的话。他们将一种名为GLuc的荧光素酶基因植入大脑深部区域(即纹状体)的细胞中。将CZT底物注入动物体内后,核磁共振成像会显示出发光的部位。贾萨诺夫说,这项技术被研究人员称为利用血液动力学的生物发光成像技术(BLUsH),可以通过多种方式帮助科学家了解更多有关大脑的信息。其一,通过将荧光素酶的表达与特定基因联系起来,可用于绘制基因表达变化图。这有助于研究人员观察基因表达在胚胎发育和细胞分化过程中或新记忆形成时的变化。荧光素酶还可用于绘制细胞间的解剖连接图,或揭示细胞如何相互交流。研究人员现在计划探索其中的一些应用,并将该技术用于小鼠和其他动物模型。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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基于磁子的计算技术的出现让硅材料黯然失色

基于磁子的计算技术的出现让硅材料黯然失色 钇合金晶体结构示意图,左侧红线代表激光脉冲,右侧蓝线和绿线代表产生的两种磁子。图片来源:德克萨斯大学奥斯汀分校和麻省理工学院研究人员提供用磁子探索计算的未来在传统数字技术中,从笔记本电脑、智能手机到电信,这种磁性系统的速度有望远远超过当今技术。在量子计算领域,磁性技术的优势不仅包括更快的速度,还包括更稳定的设备。最近,《自然-物理》(Nature Physics)杂志上的一项研究[1]报告了在开发磁子计算机道路上的一个早期发现。研究人员在合金薄板的磁场中产生了两种不同类型的涟漪,测量结果表明,磁子以非线性方式相互作用。"非线性"是指输出与输入不成正比这是任何计算应用所必需的。迄今为止,这一领域的大多数研究都是在相对稳定的平衡条件下,一次只研究一种类型的磁子。在这些研究中,对磁子的操纵会使系统失去平衡。推进非平衡物理学这是来自多个科学和工程领域的理论家和实验家多年合作进行的众多研究之一,包括最近发表在《自然-物理》上的第二项研究[2]。该项目得到了政府和私人资助者的支持,汇集了来自加州大学洛杉矶分校、麻省理工学院、德克萨斯大学奥斯汀分校和日本东京大学的研究人员。这项研究的共同作者、加州大学洛杉矶分校学院物理科学教授普林哈-纳兰(Prineha Narang)说:"我们和同事们一起,发起了一场我称之为推动非平衡态物理学进步的运动。我们在这里所做的一切从根本上推进了对非平衡和非线性现象的理解。这可能是利用发生在十亿分之一秒数量级的超快现象实现计算机内存的一个步骤"。这些发现背后的一项关键技术是使用频率介于微波和红外辐射波长之间的太赫兹范围的激光为样品添加能量并对其进行评估的先进技术。这种方法是从化学和医学成像中借鉴过来的,只是很少用于研究磁场。据加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所成员 Narang 称,太赫兹激光器的使用表明,它有可能与一项日趋成熟的技术产生协同效应。她说:"太赫兹技术本身已经达到了我们可以谈论依赖于它的第二项技术的程度。在我们拥有激光器和探测器的频段内进行这种非线性控制是有意义的,因为激光器和探测器都可以放在芯片上。现在是真正向前推进的时候了,因为我们既有技术,也有一个有趣的理论框架来研究磁子之间的相互作用。"揭示磁学中的非线性相互作用研究人员将激光脉冲施加到一块 2 毫米厚的板上,这块板是由精心挑选的含钇合金制成的,钇是 LED 和雷达技术中的一种金属。在某些实验中,第二台太赫兹激光器以一种协调的方式使用,既增加了能量,又有助于稳定样品。磁场以特定的方式施加到钇上,只允许产生两种类型的磁子。研究人员通过将样品旋转到相对于激光器的特定角度,能够单独或同时驱动两种类型的磁子。他们能够测量这两种类型之间的相互作用,并发现它们能够引起非线性反应。纳朗实验室的加州大学洛杉矶分校博士后研究员乔纳森-柯蒂斯(Jonathan Curtis)说:"显然,展示这种非线性相互作用对于任何基于信号处理的应用都非常重要。像这样混合信号可以让我们在不同的磁输入和输出之间进行转换,而这正是依赖于磁处理信息的设备所需要的"。纳朗说,受训人员对目前的研究以及更大的项目都至关重要:"这是一项非常艰巨的工作,历时多年,涉及很多方面。什么是正确的系统?我们如何考虑进行预测?我们如何限制系统,使其按照我们的意愿运行?如果没有才华横溢的学生和博士后,我们将无法做到这一点。"要点归纳:如果计算机使用磁场中的波纹(称为磁子)来编码和处理信息,那么设备的潜在存储速度将达到十亿分之一秒的数量级。加州大学洛杉矶分校的研究人员及其合作伙伴使两种不同类型的磁子相互作用,从而使输出与输入不成正比这是向计算技术进步迈出的关键一步。这项跨机构的长期研究合作正在利用一种很少使用但前景广阔的太赫兹激光技术研究磁子。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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