模仿鲨鱼探测小型猎物微小电场的能力的“量子物质”已被证明在类似海洋的条件下表现良好，具有从防御到海洋生物的潜在应用。

　　该材料保持其功能稳定性，并且在浸入海水中后不会腐蚀，这是海洋感应的先决条件。普渡大学材料工程教授Shriram Ramanathan说，令人惊讶的是，它在海水典型的寒冷环境温度下也能很好地发挥作用。

　　这种技术可用于研究海洋生物和生态系统，并监测船舶在军事和商业海事应用中的运动。

　　“因此，它可能对许多学科产生非常广泛的兴趣，”负责研究开发传感器的Ramanathan说道，他与包括普渡大学博士后研究员张振和研究生Derek Schwanz在内的团队合作。

　　12月18日在“ 自然 ”杂志上发表的一篇研究论文中详细介绍了调查结果。该论文的主要作者是张和施万兹，他们与阿贡国家实验室，罗格斯大学，国家标准与技术研究所，麻省理工学院，萨斯喀彻温大学，哥伦比亚大学加拿大光源以及大学的同事一起工作。马萨诸塞州 摘要中包含完整的共同作者列表。

　　这种新传感器的灵感来自鲨鱼口附近的器官，称为Lorenzini的壶腹，能够探测猎物动物的小电场。

　　“通过从海水中交换离子，将这种器官与环境相互作用，将所谓的第六感传递给鲨鱼，”张说。

　　器官含有一种果冻，可将离子从海水传导到位于壶腹底部的特殊膜上。膜中的感应细胞允许鲨鱼检测猎物鱼发出的生物电场。

　　新传感器由称为钐镍酸盐的材料制成，这是一种量子材料，这意味着它的性能可以用于量子力学相互作用。钐镍是一类称为强相关电子系统的量子材料，具有奇异的电子和磁性。

　　因为这种材料可以非常快地传导质子，研究人员想知道他们是否可能开发出一种模仿鲨鱼器官的传感器。

　　“我们已经在这方面工作了几年，”拉马纳坦说。“我们证明这些传感器可以检测到电压远低于1伏，大约为毫伏，这与海洋生物发出的电位相当。材料非常敏感。我们计算了设备的检测距离并找到了类似的长度尺度与鲨鱼电感受器的报告有关。“

　　量子效应使材料经历从导体到绝缘体的戏剧性“相变”，这使其能够充当灵敏的检测器。材料还与环境交换质量，因为来自水的质子移动到材料中然后返回水中，来回移动。

　　“拥有这样的材料是非常强大的，”施万兹说。

　　例如铝等金属在置于海水中时立即形成氧化物涂层。该反应可防止腐蚀，但可防止与环境的进一步相互作用。

　　“在这里，我们从氧化物材料开始，我们能够保持其功能，这是非常罕见的，”Ramanathan说。

　　该材料还改变光学性质，随着其变得更加绝缘而变得更加透明。

　　“如果材料以不同的方式透射光，那么你可以使用光作为探针来研究材料的性质，这是非常强大的。现在你有多种方法来研究材料，电学和光学。”

　　通过将材料浸入模拟的海水环境中进行测试，该环境旨在覆盖地球海洋中广泛的温度和pH值。在未来的工作中，研究人员计划在真实海洋中测试这些设备，并可能与生物学家合作，将该技术应用于更广泛的研究。

　　在NIST进行了一种称为中子反射测量的技术。将质子添加到量子材料的晶格导致晶格稍微膨胀。在材料上照射中子束使研究人员能够检测到这种膨胀并确定质子移入材料中。

　　“中子对氢气非常敏感，使得中子反射计成为确定膨胀和巨大阻力变化是否由氢气从盐水进入材料引起的理想技术，”NIST物理学家约瑟夫·杜拉说。

　　研究人员使用一种称为物理气相沉积的方法在Purdue制造该装置。