Una nuova ricerca di Lan Yang, professore Edwin H. e Florence G. Skinner presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dei Sistemi di Preston M. Green presso la McKelvey School of Engineering presso la Washington University di St. Louis, sblocca il potere dei punti eccezionali (EP) ) per il rilevamento ottico avanzato. In uno studio pubblicato il 5 aprile su Science Advances , Yang e il primo autore Wenbo Mao, uno studente di dottorato nel laboratorio di Yang, hanno dimostrato che questi EP unici - condizioni specifiche in sistemi in cui possono verificarsi fenomeni ottici straordinari - possono essere implementati su sensori convenzionali per ottenere una straordinaria sensibilità alle perturbazioni ambientali.

Yang e Mao hanno sviluppato una piattaforma di rilevamento potenziata dall'EP che supera i limiti degli approcci precedenti. A differenza dei metodi tradizionali che richiedono modifiche al sensore stesso, il loro sistema innovativo è dotato di un'unità di controllo EP che può essere collegata a sensori esterni fisicamente separati. Questa configurazione consente di sintonizzare gli EP esclusivamente tramite regolazioni dell'unità di controllo, consentendo una sensibilità ultraelevata senza la necessità di modifiche complesse al sensore.

"Abbiamo implementato una nuova piattaforma in grado di conferire un miglioramento EP ai sensori ottici convenzionali", ha affermato Yang. "Questo sistema rappresenta un'estensione rivoluzionaria del rilevamento potenziato EP, ampliandone significativamente l'applicabilità e l'universalità. Qualsiasi sensore sensibile alla fase può acquisire una sensibilità migliorata e un limite di rilevamento ridotto collegandosi a questa configurazione. Semplicemente sintonizzando l'unità di controllo, questa configurazione EP può adattarsi a vari scenari di rilevamento, come il rilevamento ambientale, il monitoraggio sanitario e l'imaging biomedico."

Disaccoppiando le funzioni di rilevamento e controllo, Yang e Mao hanno effettivamente aggirato i rigorosi requisiti fisici per il funzionamento dei sensori negli EP che finora ne hanno ostacolato l’adozione diffusa. Ciò apre la strada all'applicazione del miglioramento EP a un'ampia gamma di sensori convenzionali, inclusi risonatori ad anello, sensori termici e magnetici e sensori che rilevano vibrazioni o rilevano perturbazioni nei biomarcatori, migliorando notevolmente il limite di rilevamento dei sensori che gli scienziati stanno già utilizzando . Con l'unità di controllo impostata su un EP, il sensore può funzionare in modo diverso, non su un EP, e sfruttare comunque i vantaggi del miglioramento EP.

Come prova di concetto, il team di Yang ha testato il limite di rilevamento di un sistema, o la capacità di rilevare deboli perturbazioni sul rumore del sistema. Hanno dimostrato una riduzione di sei volte del limite di rilevamento di un sensore utilizzando la configurazione potenziata EP rispetto al sensore convenzionale.

"Con questo lavoro, abbiamo dimostrato che possiamo migliorare significativamente la nostra capacità di rilevare perturbazioni che hanno segnali deboli", ha detto Mao. "Ora siamo concentrati nel portare questa teoria ad applicazioni più ampie. Mi concentro specificamente sulle applicazioni mediche, in particolare lavorando per migliorare il rilevamento magnetico, che potrebbe essere utilizzato per migliorare la tecnologia MRI. Attualmente, le risonanze magnetiche richiedono un'intera stanza con un attento controllo della temperatura . La nostra piattaforma EP potrebbe essere utilizzata per migliorare il rilevamento magnetico per consentire la risonanza magnetica portatile al posto letto."