新型超导芯片有望实现突破性太赫兹成像

这款微小的晶体芯片利用太赫兹辐射可清晰透视多种材料，在医疗保健、生物学研究及安检领域具有应用前景。来自苏格兰和日本的研究人员开发出这种轻量化超导芯片，称其能够释放太赫兹成像技术的全部潜力，并推动开发更强大、更便携的设备。

太赫兹辐射位于电磁波谱的微波与红外频率之间。它能轻松无害地穿透多种材料，并在此过程中识别分子和生物材料的特征性"指纹"，从而实现对它们的检测与分析。

尽管太赫兹成像技术已应用于部分研究设备，但其体积、功耗要求以及可调性不足，通常意味着它们只能局限于单一场所和用途。

由格拉斯哥大学、筑波大学和日本产业技术综合研究所的研究人员共同开发的新型超导芯片，未来有望打造出轻量化、高能效的量子设备，并可调节以识别多种太赫兹指纹。

该芯片基于一种由铋锶钙铜氧化物(BSCCO)制成的高温超导量子材料晶体。其独特的结构可直接在微型芯片上产生稳定且可调的相干太赫兹波，从而实现紧凑且节能的成像系统。

在发表于《IEEE应用超导汇刊》的一篇新论文中，该团队阐述了他们如何利用芯片的超导发射器，在实验室测试中创建出金属、植物和生物材料的详细图像，展示了其在实际场景中的应用潜力。

该设备在安防领域的应用潜力体现在其能够清晰成像密封在纸信封中的手术刀片，以及软盘的结构细节。而对蒲公英叶片内部精细叶脉的成像，以及对猪肉切片中脂肪与瘦肉区域差异的呈现，则展示了其在环境监测和医疗领域的应用可能。

研究团队还展示了如何利用该设备以高特异性准确识别精细材料。特别值得一提的是，他们成功区分了视觉上相似的颗粒状物质，包括盐、糖、面粉和咖喱粉，依据的是各自独特的太赫兹光谱特征。这一能力凸显了该技术在无需打开密封包装即可进行非侵入性材料识别方面的潜力，在安检、药品检测、食品质量控制和法医分析等领域具有广阔的应用前景。

日本产业技术综合研究所的辻本学博士是论文的共同通讯作者之一。他表示："长期以来，太赫兹技术一直被认为能带来变革性影响，但设备的局限性阻碍了其更广泛的应用。我们的片上超导发射器展示了创新量子材料如何能够克服这些障碍。以紧凑的格式对植物和生物样本进行无损成像，并实现精确的材料识别，不仅在工业、通信、量子技术和安防领域，而且在医疗和环境监测领域都开启了令人兴奋的机遇。我们非常期待继续改进这项技术，以期实现实用、便携且普及的太赫兹系统。"

论文的另一位共同通讯作者、格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院的卡维赫·德尔法纳扎里博士表示："太赫兹辐射是一种非常强大的工具，能够在不损害样本的情况下对多种材料进行成像和识别。利用紧凑、强大的设备充分发掘太赫兹技术的潜力，将能够实现对生物组织、植物样本和医疗材料的快速、非接触式检测。它还可以应用于医疗诊断、药品检测和环境监测。目前，我们的系统在实验室中生成图像大约需要15分钟，分辨率为1毫米，因此还需要进一步研究，以构建更快、分辨率更高的系统。但这篇论文清楚地表明，芯片级超导光源能够提供紧凑、电控可调和相干的太赫兹发射器，这对于将实用的微型化实时成像系统变为现实至关重要。"

审核编辑 黄宇