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[转载]将光转变为声音!物理学家就是这个世界神奇的存在啊

(2019-12-21 22:07:52)
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将光转变为声音!物理学家就是这个世界神奇的存在啊

来源:博科园

物理学家提出了一种测量光的新方法:使用显微鼓来听到光。阿莱曼实验室(Alemán Lab)的这项技术被称为“石墨烯纳米机械测辐射热计”,它利用一种有前途的新方法和材料,在高速和高温下检测几乎每种颜色的光。物理学教授,也是俄勒冈大学光学、分子和量子科学中心的成员,也是菲尔和佩妮·奈特加速科学影响校园的研究员本雅明·阿莱曼(Benjamín Alemán)说:这个工具是同类中速度最快、最敏感的工具。

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该设备提供了一种替代传统用电测量光线的方法,这种方法可以在智能手机的摄像头等设备中找到。取而代之的是,这种机械方法捕捉到了由光引起的无限薄鼓振动。物理学家通过聆听鼓头吸收光的声音来获得测量结果。这项技术的原理类似于在热天敲鼓的效果,当乐器在管道太阳下加热时,鼓膜将膨胀,其音调发生变化,发出与在较冷温度下不同的音调。光波对机械测辐射热计做了同样的事情,当光线击中设备的鼓头时,膜加热,膨胀,振动音调改变。

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物理学家可以跟踪这些音调变化,以测量有多少光照射到设备上。阿莱曼实验室的博士生大卫·米勒(David Miller)说:这是一种非常新,探测光的方法,我们正在使用一种纯粹的机械方法将光转变为声音,这种方法优点是能够看到更广泛的光。传统探测器在探测高能光(如可见光或X射线)方面非常可靠,但不太擅长测量电磁光谱上的较长波长,包括红外线和无线电波。这种机械装置填补了这一空白,并能让物理学家探测几乎任何波长的光。

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这在天文观测、热学和医学身体成像以及深入红外线观察方面尤其有用。该团队通过首先在蚀刻在硅片上的孔上延伸一层薄薄原子片来构建该设备。然后,使用之前在实验室中开发的一种技术,将床单切割成类似于蹦床(一种非常非常小的蹦床)。这个装置宽度是人类头发的十分之一,而用于蹦床的材料甚至更小:只有一个原子的厚度,大约比同一根头发细一百万倍。这个系统使用石墨烯,这只是一层原子,尽可能的小。石墨烯是2004年发现的一种材料,是这项技术成功的关键因素。

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尽管石墨烯是最薄的材料,强度是钢的200倍,而且具有非凡的柔韧性,其发现者甚至获得了2010年诺贝尔物理学奖,因为它有可能给物理学和工程学带来革命性的变化。石墨烯的机械特性能让材料对温度变化做出令人难以置信的快速反应,这使得它能够以同样快的速度测量光。石墨烯为超灵敏和超快的光检测提供了诱人前景,石墨烯还具有无与伦比的能力,可以测量几乎任何波长的光,并且可以承受比传统探测器高得多的温度物理学家能够通过其测量光的机械方法来利用石墨烯。

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虽然具有光检测的潜力,但该材料通过使用电阻测量光的传统方法表现不佳,主要原因是需要将其冷却到超低温才能在常规检测器中使用。当意识到可以通过机械方法将光转化为声音时,能够开启石墨烯的前景,并创造出超快、超灵敏的设备,其性能优于室温,而且远远高于室温。它在如此广泛温度范围内工作的能力是该设备在测量光时最具优势的品质之一。同时还可以在室温下工作,这是关键的便携性,并且它可以在高温下工作,这是传统光探测器不能提供的一个好处

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因为当它们开始随着温度的升高而分解时,许多探测器将不能达到所谓的“晒伤效应”。石墨烯是一种热稳定的材料,可以承受2000摄氏度以上的温度。其多功能性和超灵敏性质使纳米机械测辐射热计在科学、医学、工业制造和天文学的许多领域成为一种有用的工具研究人员希望这种设备能够帮助科学家破解太阳和其他恒星的奥秘,通过更安全的热X射线成像改进医学诊断,并帮助消防员在火灾中看得更清楚,从而拯救更多生命。

[责任编辑:刘毓坤 PT030]


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