丹麥及美國物理學家最近製作出一個能偵測超微弱無線電波的元件。該元件不需要昂貴的低溫設備，因此可以實際應用於一些領域，例如無線電天文學及磁共振造影(MRI)，甚至可以成為未來量子網際網路的基礎建構單元。 對於衛星導航、長距離通訊、無線電望遠鏡及磁共振造影系統等許多現代科技而言，偵測極微弱無線電波是核心技術。某些偵測器是將微弱的無線電訊號轉成光訊號，以便利用光纖長距離傳輸，由於它們除了需要貴重的模組來轉換訊號，還得在保持低溫，因此既昂貴又不方便操作。 最近，哥本哈根大學、丹麥技術大學及馬里蘭大學的研究人員在Eugene Polzik領導下，製作出一種能直接將微弱無線電波轉換成光訊號的元件，轉換後的訊號可以採用標準光學工具加以傳送及分析，而且所需的能量遠低於傳統的轉換模組。Polzik指出，該元件能在室溫下操作，而且表現媲美低溫下的最佳電子裝置。 該元件的核心是一支與電容相連的天線，電容的其中一個電極板是一片500 mm寬、200 nm厚、品質極高的氮化矽膜，上面鍍了一層鋁反射層。當此電容接收到與其共振頻率相同的無線電波時，氮化矽奈米薄膜便開始振動，造成電容上電荷的波動。Polzik指出，只要在電容上施加偏壓，就能將這些電荷波動轉變成薄膜的機械振動，經薄膜反射的雷射光便會產生相位差，可以利用標準光學技術加以偵測。 傳統無線電波接收器收到微弱的訊號時，熱噪訊會造成訊號失真，但當無線電訊號被轉成共振機械振動時，熱產生的隨機效應可以被忽略，進而使反射光擷取的無線電訊號帶有較少的造訊。上述元件在室溫下對於頻率1 MHz的無線電波靈敏度為100 pV Hz–1/2，該團隊預期還可以提升20倍，這將使其可與採用降溫技術的最佳裝置相匹敵。 此元件可能的應用包含目前需要冷卻的前置放大器，例如高解析核磁共振及無線電波望遠鏡。該團隊下一步將運用微製造技術來縮小元件，以便能納入晶片並提高靈敏度。他們也計畫將操作頻率範圍由MHz波段擴展至GHz波段，以便能與通訊及感測應用接軌。詳見Nature 507, 81 (2014)。 |