この研究は、Xiangdong Zhang 博士（教育省先進光電子量子アーキテクチャおよび測定重点研究室、ナノフォトニクスおよび超微細光電子システム北京重点研究室、北京工業大学）によって主導されています。理論的スキームと導出は Tian Chen 博士によって行われ、実験は Deyuan Zou 博士によって実行されました。既存のセンサーの感度を打ち破るために、多くの新しい物理メカニズムが設計に導入されました。高感度を実現する一般的な方法は、非エルミート例外点をセンサー設計に組み込むことです。ただし、この感度の上限は、非エルミート縮退の次数によって制限されます。優れた点ベースのセンサーの性能を超えて感度を向上させる方法は、今日では課題となっています。
研究室長の Zhang 率いる Chen と Zou は、例外的なポイントベースのセンサーの限界を克服できるかどうかを判断しようとしました。 EP 周囲の複雑な再構成の後、長距離非相反結合の導入により、例外的なポイント センサーの感度限界が超えられたことが判明しました。
チームは、チェーンの長さとべき乗則の関係に従うように結合強度を設計しました。このような構成に基づいて、6番目の例外的な点の周囲のこの再構成されたシステムの感度は、対応する次数の例外的な点ベースのセンサーと比較して3桁改善されました。 「このデザインはかなりシンプルですが、センサーの効果は十分に優れています」と Zhang 氏は言います。
研究者らはまた、上記で設計した回路センサーを作製し、微小な物理量の検出において優れた感度を実験的に実証した。まず、コンデンサの微小な値を決定しました。再構築されたセンサーに基づいて、コンデンサの最小 1pF の変化を正確に測定できます。このセンサを2枚の75×200mmの電極板間の変位を測定するのに適用すると、0.75mmの変位の変動を正確に求めることができます。
Zhang 氏は、「電気回路に関するこれらの実験結果は、微小な物理量の検出における驚くべき性能を示しています。この新しい設計は、チップ実装の回路センサーに簡単に拡張できます。チップ実装には 3 つの主な利点があります。 1 つ目は、実現時にコンポーネントを簡単に構成できること、2 つ目は、寄生効果が大幅に低減されること、3 つ目は、動作周波数が向上することです。このように、上記の 3 つの主な利点を考慮すると、この研究における私たちの設計は、新しい超高感度センサーをチップ上に実装する可能性が期待できます。
センサーは基本的に重要であり、産業や環境のモニタリング、生物医学サンプルの成分分析、無線ネットワークなど、現代社会で広く使用されています。この研究で著者らは、再構成されたスキームを実証するために、対応する集積回路センサーを設計および製造しました。これは、さまざまな分野で幅広い用途に使用できる高感度センサーの開発への道を開きます。
再構築された優れたシステムの超高感度
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