材料科学家和工程师开发出一种快速，灵敏且高效的传感器，足以在移动过程中检测特定波长的电磁能量。该技术可以主动扫描甲烷或天然气泄漏区域，监测大片农作物的健康状况，或快速分类塑料进行回收利用。

　　杜克大学的工程师与光电材料公司SRICO密切合作，建立了一个原型探测器，它在尺寸，重量，功率，速度以及最重要的成本方面击败了现有的竞争对手。

　　新技术依赖于超材料 - 由精心设计的重复细胞制成的工程结构，可以以不自然的方式与电磁波相互作用。通过将看似简单的金属图案与极薄的完美晶体切片相结合，工程师们创造了一种流线型设备，能够检测各种气体，塑料和其他来源发出的隐形红外信号。

　　结果发表于2017年2月20日的Optica期刊。

　　“使用超材料的好处是，探测器中所需的不同组件可以组合成一个特征，”杜克电气和计算机工程教授Willie Padilla说。“这种简化可以提高你的效率。”

　　在典型的热探测器中，红外光波被黑色物质吸收并转化为热量，基本上是烟灰。该热量传导到一个单独的组件，产生一个电信号，然后读出。此设置会产生速度限制，只有通过覆盖滤镜或复杂的移动镜系统，才能挑出特定的波长。

　　新的超材料传感器避开了这两个问题。

　　探测器的每个微小部分都由位于铌酸锂晶体顶部的金色图案组成。这种晶体是热电的，这意味着当它变热时会产生电荷。就像在块上刮一块奶酪一样，SRICO的工程师使用离子束剥离一块600纳米厚的晶体。该技术消除了晶体结构中的潜在缺陷，这降低了背景噪声。它还比其他方法产生更薄的切片，使晶体更快地升温。

　　通常，这种晶体非常薄，以至于光线不会被吸收而只会穿过。然而，研究人员将顶层金层定制成一种与晶体特性相结合的图案，使像素仅吸收特定范围的电磁频率，从而无需单独的滤波器。当晶体升温并产生电荷时，金通过将信号传送到探测器的放大器来实现双重任务，从而无需单独的电引线。

　　“这些设计使这项技术比现有探测器快10到100倍，因为热量是由水晶直接产生的”帕迪拉实验室的博士后助理Jon Suen说。“这使我们能够创建具有更少像素的设备，并且还能够在一个区域内扫描探测器或捕捉运动中的图像。”

　　“这是技术的良好结合，”SRICO的工程师，该论文的合着者Vincent Stenger说。“与杜克合作是我在技术转让方面最理想的情况之一。我们可以专注于制作材料，他们可以专注于设备结构。双方都在为我们提供清晰的产品。”现在正致力于营销。“

　　研究人员可以通过重新设计金色图案的细节来制造设备，以检测任何特定范围的电磁频率。

　　Stenger和他在SRICO的同事已经创建了一个单像素原型作为概念证明。他们目前正在努力寻找行业投资者的资金，或者可能是后续的政府补助金。

　　研究人员乐观，因为他们的设备比现有技术有许多优势。它的快速检测时间允许它在寻找甲烷或天然气泄漏的同时快速扫描一个区域。其设计简单，重量轻，足以进入农田评估农作物的健康状况。

　　帕迪拉说：“你甚至可以把它变成一种用于医疗样品光谱学的低成本实验室仪器。” “我不确定最终的价格是多少，但它远远低于我们目前在实验室中使用的30万美元的仪器。”

　　该研究得到了美国陆军研究实验室(W311SR-14-C-0006)的支持。