智能傳感過程的藝術(shù)渲染：量子幾何特性決定了光響應，然后由神經(jīng)網(wǎng)絡解釋。

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天文學、醫(yī)療保健和遙感領域的突破。

在耶魯大學 Barton L. Weller 工程與科學副教授夏豐年和德克薩斯大學達拉斯分校物理學副教授張帆的帶領下，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。

借助該設備，研究人員能夠檢測到所謂的體光伏效應 (BPVE) 的強烈存在，這是一種將光轉(zhuǎn)化為電能的過程，其響應強烈依賴于光強度、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用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）（一種以前用于圖像識別的人工神經(jīng)網(wǎng)絡）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)學測試和自動駕駛汽車或飛機上的遙感等應用具有潛在價值。此外，他們的工作揭示了基于莫爾材料研究非線性光學的新途徑。

“理想情況下，一個智能設備可以取代幾個用于捕獲光信息的笨重、復雜和昂貴的光學元件，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。