В частности, два настраиваемых нанорассеивателя устанавливают резонатор в «исключительную точку», особое состояние системы, в котором могут происходить необычные явления. Третий наноразрядчик возмущает систему, и, как мерзкий хулиган на игровой площадке, чем он меньше, тем больше отклика он получает.Команда Вашингтонского университета во главе с Лан Янгом Эдвином Х. Флоренс Г. Скиннер, профессор электротехники Системная инженерия в последнее время добилась больших успехов в изучении и управлении светом.
Последнее открытие команды, касающееся чувствительных способностей микрорезонаторов, может повлиять на создание биомедицинских устройств, электроники и устройств обнаружения биологических опасностей.«Обнаруживать наноразмерные объекты, такие как наночастицы, сложно, — сказал Ян. «Если объект очень мал, он вносит незначительные возмущения в сенсорную систему.
Мы используем необычную топологическую особенность, связанную с исключительными точками физической системы, чтобы улучшить реакцию оптического сенсора на очень малые возмущения, например, вносимые наномасштабами. Объекты. Красота исключительного точечного датчика заключается в том, что чем меньше возмущение, тем больше улучшение по сравнению с обычным датчиком ".Сенсорная система Яна относится к категории резонаторов, называемых резонаторами режима шепчущей галереи (WGM), которые работают как знаменитая галерея шепота в соборе Святого Павла в Лондоне, где кто-то на одной стороне купола может услышать сообщение, сказанное стене кем-то на Обратная сторона.
В отличие от купола, у которого есть резонансы или зоны наилучшего восприятия в слышимом диапазоне, датчик резонирует на световых частотах.«Так называемая« исключительная точка »наделяет датчик шепчущей галереи исключительной производительностью для обнаружения наноразмерных объектов, превосходящей характеристики обычных датчиков шепчущей галереи», — сказал Вейцзян Чен, докторант электротехники в лаборатории Яна. «Поразительно, но чем меньше целевой объект, тем лучше будет работать наш новый датчик».WGM Яна имеет два сопутствующих рассеивателя из диоксида кремния, или наноразмерные наконечники, которые устанавливаются на тороиде или проводе в форме пончика, по которому проходят миллионы световых пакетов, называемых фотонами. Эти устройства настраивают различные параметры в системе, чтобы влиять на работу.
Используя системы нанопозиционирования, исследователи могут перемещать рассеиватели и увеличивать размер и даже вводить другую среду — например, вирусную частицу — в поле, чтобы возмущать поле и вызывать исключительную точку.В последних экспериментах группы два «настраиваемых» нанорастворителя доводят резонатор до исключительных точек; третья частица возмущает систему из ее исключительных точек и приводит к расщеплению частот. Из-за топологии очень сложного квадратного корня вблизи исключительной точки расщепление частоты, которое является сигналом считывания, математически представляется как квадратный корень из силы возмущения.
Это значительно больше, чем в традиционных, неисключительных схемах точечного зондирования с использованием очень малых возмущений.Янг и ее группа изучают возможность использования исключительной точки в исследованиях фотоакустической визуализации и других сценариях, в которых они стремятся разработать «нетрадиционные виды транспорта», — сказала она. «Из этого должно появиться множество приложений».