Una nueva investigación de Lan Yang, profesor Edwin H. y Florence G. Skinner en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Sistemas Preston M. Green de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, desbloquea el poder de los puntos excepcionales (EP). ) para detección óptica avanzada. En un estudio publicado el 5 de abril en Science Advances , Yang y el primer autor Wenbo Mao, estudiante de doctorado en el laboratorio de Yang, demostraron que estos EP únicos (condiciones específicas en sistemas donde pueden ocurrir fenómenos ópticos extraordinarios) se pueden implementar en sensores convencionales para lograr una sorprendente sensibilidad a las perturbaciones ambientales.

Yang y Mao desarrollaron una plataforma de detección mejorada con EP que supera las limitaciones de enfoques anteriores. A diferencia de los métodos tradicionales que requieren modificaciones en el propio sensor, su innovador sistema cuenta con una unidad de control EP que puede conectarse a sensores externos físicamente separados. Esta configuración permite que los EP se sintonicen únicamente mediante ajustes en la unidad de control, lo que permite una sensibilidad ultraalta sin la necesidad de realizar modificaciones complejas en el sensor.

"Hemos implementado una plataforma novedosa que puede impartir mejora EP a sensores ópticos convencionales", dijo Yang. "Este sistema representa una extensión revolucionaria de la detección mejorada con EP, ampliando significativamente su aplicabilidad y universalidad. Cualquier sensor sensible a la fase puede adquirir una sensibilidad mejorada y un límite de detección reducido al conectarse a esta configuración. Simplemente sintonizando la unidad de control, esta configuración EP puede adaptarse a diversos escenarios de detección, como detección ambiental, monitoreo de salud e imágenes biomédicas."

Al desacoplar las funciones de detección y control, Yang y Mao han eludido efectivamente los estrictos requisitos físicos para operar sensores en los EP que hasta ahora han obstaculizado su adopción generalizada. Esto allana el camino para que la mejora de EP se aplique a una amplia gama de sensores convencionales, incluidos resonadores de anillo, sensores térmicos y magnéticos y sensores que captan vibraciones o detectan perturbaciones en biomarcadores, lo que mejora enormemente el límite de detección de los sensores que los científicos ya están utilizando. . Con la unidad de control configurada en EP, el sensor puede funcionar de manera diferente (no en EP) y aun así aprovechar los beneficios de la mejora de EP.

Como prueba de concepto, el equipo de Yang probó el límite de detección de un sistema, o la capacidad de detectar perturbaciones débiles sobre el ruido del sistema. Demostraron una reducción de seis veces en el límite de detección de un sensor utilizando su configuración mejorada con EP en comparación con el sensor convencional.

"Con este trabajo, hemos demostrado que podemos mejorar significativamente nuestra capacidad para detectar perturbaciones que tienen señales débiles", dijo Mao. "Ahora estamos enfocados en llevar esa teoría a aplicaciones amplias. Estoy específicamente enfocado en aplicaciones médicas, especialmente trabajando para mejorar la detección magnética, que podría usarse para mejorar la tecnología de resonancia magnética. Actualmente, las resonancias magnéticas requieren una sala completa con un control cuidadoso de la temperatura. Nuestra plataforma EP podría usarse para mejorar la detección magnética y permitir resonancias magnéticas portátiles junto a la cama".