物理學(xué)家提出了一種測(cè)量光的新方法：使用顯微鼓來(lái)聽(tīng)到光。阿萊曼實(shí)驗(yàn)室(Alemán Lab)的這項(xiàng)技術(shù)被稱為“石墨烯納米機(jī)械測(cè)輻射熱計(jì)”，它利用一種有前途的新方法和材料，在高速和高溫下檢測(cè)幾乎每種顏色的光。

物理學(xué)教授，也是俄勒岡大學(xué)光學(xué)、分子和量子科學(xué)中心的成員，也是菲爾和佩妮·奈特加速科學(xué)影響校園的研究員本雅明·阿萊曼(Benjamín Alemán)說(shuō)：這個(gè)工具是同類中速度最快、最敏感的工具。

該設(shè)備提供了一種替代傳統(tǒng)用電測(cè)量光線的方法，這種方法可以在智能手機(jī)的攝像頭等設(shè)備中找到。取而代之的是，這種機(jī)械方法捕捉到了由光引起的無(wú)限薄鼓振動(dòng)。物理學(xué)家通過(guò)聆聽(tīng)鼓頭吸收光的聲音來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果。這項(xiàng)技術(shù)的原理類似于在熱天敲鼓的效果，當(dāng)樂(lè)器在管道太陽(yáng)下加熱時(shí)，鼓膜將膨脹，其音調(diào)發(fā)生變化，發(fā)出與在較冷溫度下不同的音調(diào)。光波對(duì)機(jī)械測(cè)輻射熱計(jì)做了同樣的事情，當(dāng)光線擊中設(shè)備的鼓頭時(shí)，膜加熱，膨脹，振動(dòng)音調(diào)改變。

物理學(xué)家可以跟蹤這些音調(diào)變化，以測(cè)量有多少光照射到設(shè)備上。阿萊曼實(shí)驗(yàn)室的博士生大衛(wèi)·米勒(David Miller)說(shuō)：這是一種非常新，探測(cè)光的方法，我們正在使用一種純粹的機(jī)械方法將光轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇?，這種方法優(yōu)點(diǎn)是能夠看到更廣泛的光。傳統(tǒng)探測(cè)器在探測(cè)高能光(如可見(jiàn)光或X射線)方面非?？煽?，但不太擅長(zhǎng)測(cè)量電磁光譜上的較長(zhǎng)波長(zhǎng)，包括紅外線和無(wú)線電波。這種機(jī)械裝置填補(bǔ)了這一空白，并能讓物理學(xué)家探測(cè)幾乎任何波長(zhǎng)的光。

這在天文觀測(cè)、熱學(xué)和醫(yī)學(xué)身體成像以及深入紅外線觀察方面尤其有用。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)首先在蝕刻在硅片上的孔上延伸一層薄薄原子片來(lái)構(gòu)建該設(shè)備。然后，使用之前在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)發(fā)的一種技術(shù)，將床單切割成類似于蹦床（一種非常非常小的蹦床）。這個(gè)裝置寬度是人類頭發(fā)的十分之一，而用于蹦床的材料甚至更?。褐挥幸粋€(gè)原子的厚度，大約比同一根頭發(fā)細(xì)一百萬(wàn)倍。這個(gè)系統(tǒng)使用石墨烯，這只是一層原子，盡可能的小。石墨烯是2004年發(fā)現(xiàn)的一種材料，是這項(xiàng)技術(shù)成功的關(guān)鍵因素。

盡管石墨烯是最薄的材料，強(qiáng)度是鋼的200倍，而且具有非凡的柔韌性，其發(fā)現(xiàn)者甚至獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，因?yàn)樗锌赡芙o物理學(xué)和工程學(xué)帶來(lái)革命性的變化。石墨烯的機(jī)械特性能讓材料對(duì)溫度變化做出令人難以置信的快速反應(yīng)，這使得它能夠以同樣快的速度測(cè)量光。石墨烯為超靈敏和超快的光檢測(cè)提供了誘人前景，石墨烯還具有無(wú)與倫比的能力，可以測(cè)量幾乎任何波長(zhǎng)的光，并且可以承受比傳統(tǒng)探測(cè)器高得多的溫度物理學(xué)家能夠通過(guò)其測(cè)量光的機(jī)械方法來(lái)利用石墨烯。

雖然具有光檢測(cè)的潛力，但該材料通過(guò)使用電阻測(cè)量光的傳統(tǒng)方法表現(xiàn)不佳，主要原因是需要將其冷卻到超低溫才能在常規(guī)檢測(cè)器中使用。當(dāng)意識(shí)到可以通過(guò)機(jī)械方法將光轉(zhuǎn)化為聲音時(shí)，能夠開(kāi)啟石墨烯的前景，并創(chuàng)造出超快、超靈敏的設(shè)備，其性能優(yōu)于室溫，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室溫。它在如此廣泛溫度范圍內(nèi)工作的能力是該設(shè)備在測(cè)量光時(shí)最具優(yōu)勢(shì)的品質(zhì)之一。同時(shí)還可以在室溫下工作，這是關(guān)鍵的便攜性，并且它可以在高溫下工作，這是傳統(tǒng)光探測(cè)器不能提供的一個(gè)好處

因?yàn)楫?dāng)它們開(kāi)始隨著溫度的升高而分解時(shí)，許多探測(cè)器將不能達(dá)到所謂的“曬傷效應(yīng)”。石墨烯是一種熱穩(wěn)定的材料，可以承受2000攝氏度以上的溫度。其多功能性和超靈敏性質(zhì)使納米機(jī)械測(cè)輻射熱計(jì)在科學(xué)、醫(yī)學(xué)、工業(yè)制造和天文學(xué)的許多領(lǐng)域成為一種有用的工具研究人員希望這種設(shè)備能夠幫助科學(xué)家破解太陽(yáng)和其他恒星的奧秘，通過(guò)更安全的熱X射線成像改進(jìn)醫(yī)學(xué)診斷，并幫助消防員在火災(zāi)中看得更清楚，從而拯救更多生命。

博科園｜研究/來(lái)自：俄勒岡大學(xué)

參考期刊《自然通訊》

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