加州大學(xué)圣地亞哥分校工程師突破了光子學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的瓶頸：成功制造出兼具高靈敏度與強(qiáng)韌性的微型光學(xué)器件——這兩種曾被視作根本對(duì)立的特性終于實(shí)現(xiàn)共存。這種罕見(jiàn)的特性組合將催生新一代光子器件，它們不僅精度更高、性能更強(qiáng)，還能實(shí)現(xiàn)低成本大規(guī)模量產(chǎn)。該突破為各類(lèi)先進(jìn)傳感器與技術(shù)打開(kāi)大門(mén)：從高靈敏度醫(yī)療診斷設(shè)備、環(huán)境傳感器到更安全的通信系統(tǒng)，所有這些功能都將集成在微型芯片級(jí)器件中。

實(shí)現(xiàn)雙重特性曾被視為不可能的任務(wù)。因?yàn)楦哽`敏度器件通常極為脆弱，制造過(guò)程中任何微小瑕疵都可能導(dǎo)致設(shè)備失效，致使量產(chǎn)成本高昂且難度巨大；而強(qiáng)化器件結(jié)構(gòu)往往意味著犧牲精度。

如今，由加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院電氣工程系A(chǔ)bdoulaye Ndao教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)攻克了這一矛盾。

Ndao表示："我們的研究解決了這一關(guān)鍵挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)出既能對(duì)環(huán)境高度敏感，又能抵抗制造缺陷與材料瑕疵的新型光子器件。"

該成果發(fā)表于《先進(jìn)光子學(xué)》。

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多層周期性光子納米結(jié)構(gòu)，支持穩(wěn)健的相位奇異性。

該器件核心在于"亞波長(zhǎng)相位奇點(diǎn)"物理現(xiàn)象：當(dāng)光被限制在小于自身波長(zhǎng)的空間時(shí)，會(huì)形成光強(qiáng)歸零的"全暗點(diǎn)"，同時(shí)其相位卻保持完整周期變化。這種奇點(diǎn)既對(duì)環(huán)境變化高度敏感（是理想傳感元件），又具備抵抗制造瑕疵的天然韌性。

實(shí)現(xiàn)該現(xiàn)象的關(guān)鍵在于特殊設(shè)計(jì)的納米結(jié)構(gòu)：研究人員構(gòu)建的芯片級(jí)器件采用三層夾心結(jié)構(gòu)——兩層金納米棒陣列中間填充超薄聚合物。底層納米棒嵌入聚合物，頂層則暴露于空氣中以便與目標(biāo)分子直接作用。每層納米棒以特定角度交錯(cuò)排列，通過(guò)調(diào)控層間水平間距即可精確控制光相互作用。

實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)通過(guò)測(cè)量相位奇點(diǎn)證實(shí)了器件的雙重特性。理論建模由聯(lián)合第一作者Jun-Hee Park（博士生）與Liyi Hsu（博士后）完成；器件制備由聯(lián)合第一作者Jeongho Ha負(fù)責(zé)；測(cè)量工作由Guang Yang完成——四位均來(lái)自Ndao實(shí)驗(yàn)室。

Ndao解釋?zhuān)?quot;相位奇點(diǎn)使光相位突變，對(duì)外部變化極其敏感。這種特性在高精度探測(cè)器、光通信及成像領(lǐng)域潛力巨大，但實(shí)用化長(zhǎng)期受阻。"傳統(tǒng)光學(xué)器件難以兼顧靈敏度與穩(wěn)健性——靈敏設(shè)計(jì)往往脆弱，而穩(wěn)固系統(tǒng)常失之精密。

Ndao強(qiáng)調(diào)："這是首個(gè)同時(shí)具備高靈敏度與強(qiáng)抗缺陷能力的光學(xué)器件。我們實(shí)現(xiàn)了既堅(jiān)固又靈敏的微型光學(xué)器件——這個(gè)曾被斷言不可能的組合。"

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