我在2015年那个时候就在《自然》杂志上看到了鲍捷教授团队展示的量子点光谱仪概念，那次展现出了一种新的可能性。他们现在发表在《Nano Research》上的文章，题目叫《The Wave-Particle Duality of Light Manifested in Spectrometer Designs》，把光的波动性和粒子性的关系在光谱仪设计中都体现了出来。我觉得他们真的是把想法给实践出来了，这次提出了一种全新的技术路线。 以前的光谱分析都是依赖光的波动性，通过分光、衍射来获取信息。这种方法虽然解决了不少问题，但也带来了个难题，就是仪器性能好就体积大，体积小就性能差，这是个很纠结的矛盾。这就好像想用个放大镜看微观世界一样，限制了它往便携化发展。现在清华大学电子系鲍捷教授带领的研究团队就不一样了，他们直接把重点转向了光的粒子性。 这次突破的关键在于把整个系统重构了一下。团队没用复杂的光路系统，而是用光子跟特定物质互动产生的能量响应来解码光谱信息。不同波长的光子射到那些经过精心设计的量子点、纳米线或者钙钛矿材料上时，会引起吸收、荧光或者散射这些不同的反应，材料本身就成了天然的解码器。 为了把这个原理变成现实，他们还建了个从材料到算法的闭环系统。首先他们在材料设计上下功夫，调控微观结构让光响应可控且特异；然后在编码映射层面上让每个探测器单元对不同波段的光有独一无二的响应模式，形成高维的“光谱指纹”；最后通过逆问题求解算法把这些指纹还原成原始光谱。 这样一来，一个只有几毫米见方的芯片就可以有传统台式设备甚至更好的效果了。这个芯片能把光谱覆盖范围和分辨率做得都很不错，打破了那个性能、体积和通量的不可能三角关系。 业内专家说这个成果标志着光谱感知技术的大转变。以前传统光谱仪就像个庞大乐队演奏的音乐厅那样复杂，现在这个粒子基光谱仪就像是一副智能耳机，通过无数微型量子麦克风捕捉光的细节，再用算法合成完整的“乐章”。 除了器件微型化外，它还提供了一个全新的、高度集成的平台。应用前景也很广啊！这技术成熟后能把高精度分析从实验室解放出来，用到环境监测、医疗健康、工业农业还有消费电子这些地方去。在环境监测方面能建分布式网络实时监控污染；在医疗上能做成便携设备做疾病筛查；工业上可以嵌在生产线做质量检测；消费电子里给手机、无人机、汽车赋能实现物质识别分析能力。 从2015年概念提出到现在系统阐述理论技术体系并完成工程验证的跨越过程中可以看出团队的创新能力很强。这项研究不仅仅是做出来一个新器件更是基于物理原理的系统性创新能力体现出来。 这次成果对我国高端科学仪器和核心传感技术实现自主创新提供了新路径。预示着以集成化、智能化、普惠化为特征的新一代感知技术正在加速到来，会给高质量发展注入新动能！