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卡内基梅隆大学开发可编程像素技术有望推动红外光应用发展

盖世汽车钟群 2025-04-02 15:28:58

盖世汽车讯如果没有控制红外光波的能力，自动驾驶车辆将无法快速绘制环境地图，也无法时刻“关注”周围的车辆和行人；增强现实技术也无法展示逼真的3D图像；医生也会失去早期癌症检测的重要工具。动态光控制技术为许多现有系统的升级提供了可能，但制造可编程热设备的复杂性阻碍了这一技术的普及。

图片来源：《Nature Communications》

据外媒报道，卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）工程学院Sheng Shen和Xu Zhang实验室开发出一种新型有源超表面（active metasurface）——电可编程石墨烯场效应晶体管（Gr-FET），能够控制中红外光在各种波长、方向和偏振状态下的特性。这种增强的控制能力可推动从红外伪装到个性化健康监测等多种应用的发展。

该研究已发表在期刊《自然通讯》（Nature Communications）上。论文第一作者、机械工程博士后Xiu Liu表示：“我们的有源超表面设备首次实现了快速调制的温度、可寻址像素化成像和共振红外光谱的单片集成。这一突破吸引了红外光子学、材料科学、生物物理学和热工程领域的广泛关注。”

这种二维设备由金阵列像素组成，这些像素要么直接与单层石墨烯接触，要么通过绝缘层隔开。机械工程博士生Zexiao Wang解释说：“它具有低串扰特性，这意味着一个通道传输的信号不会干扰另一个通道。这一突破为密集排列且独立可寻址的像素提供了可扩展的二维电写入能力。”

侧信道攻击是一种通过分析计算设备操作引起的细微温度变化来获取敏感信息（如加密密钥）的方法。通过使用热像仪监测温度波动，攻击者可能会拼凑出信息。Sheng Shen的设备可以通过伪装热发射来提高安全性。

Sheng Shen表示：“我们离将这项技术融入日常生活已经不远了，可能在未来五到十年内就会应用。”

机械工程博士生Tianyi Huang领导开发出一种特别设计的电路，为该设备提供动力，使其可以独立运行或集成到现有产品中。

博士生Yibai Zhong补充道：“这种设备具有可扩展性，可以用于芯片上，通过编程发射误导性的热量来伪装现有热发射，从而防止侧信道攻击；另一方面，它可以集成到服装中以检测乳腺癌细胞。”