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智能傳感過程的藝術(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智能傳感器——大小約為人類頭發(fā)橫截面的 1/1000——可以同時檢測光的強度、偏振和波長，利用電子的量子特性。這是一項有助于推進(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，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)——即兩個原子層的天然堆疊碳原子，經(jīng)過輕微的旋轉(zhuǎn)扭曲——來構(gòu)建他們的傳感裝置。這一點很關(guān)鍵，因為扭曲降低了晶體的對稱性，并且原子結(jié)構(gòu)不太對稱的材料——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稱性的材料中是沒有的。

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

夏實驗室的研究生、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別的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）來破譯這些指紋的想法。從那里，他們能夠展示一個智能光電探測器。

它的小尺寸使其對深空探索、原位醫(yī)學(xué)測試和自動駕駛汽車或飛機上的遙感等應(yīng)用具有潛在價值。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，一個智能設(shè)備可以取代幾個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，”夏實驗室的研究生、共同主要作者馬超說的研究。