指尖大小紅外芯片開掛！氣體熱源一鍵精準捕捉

紅外相機能夠捕捉人眼無法識別的有效信息，例如管道泄漏的氣體、大氣中的化學物質，或是建筑物外泄的熱量。但想要以精密方式感知紅外光，仍需昂貴且體積龐大的成套設備。

如今，美國麻省理工學院研究人員研發出一款基于芯片的光學器件，可動態調控入射紅外光，充當可調諧透鏡，為紅外相機采集更多信息。該器件透鏡的每一個微觀像素均可獨立控制紅外光，無需活動部件，就能改變焦距，輔助相機識別不同信號。近日，相關研究發表于《自然—通訊》。

研究人員同時介紹，他們主要采用半導體芯片代工廠的常規制造工藝，搭建了實驗室級驗證樣機，說明該方案具備工業化量產落地的潛力。

依托這項技術，研究人員研可制造小型化、可調諧紅外相機，用于動態范圍更廣的熱成像、化學物質檢測、污染監測，甚至全新類型的光計算設備。

“無論是深空觀測，還是大氣特定化合物監測這類環保場景，該器件都能為我們提供更多數據。” 論文第一作者、2025屆博士Cosmin-Constantin Popescu解釋道，“熱成像是另一大應用場景，同時也可用于目前配備夜視鏡的各類軍事裝備。絕大多數有機分子都會吸收中紅外波段光線，我們可以借助這套系統完成對它們的檢測。”

這項研究的核心創新在于一套交叉矩陣架構，為超表面像素級開關調控提供了可規模化實現的路徑。該架構并非團隊首創，顯示屏領域早已應用，但這是業內首次將其用于有源相變超表面，實現像素級獨立調控。學界長期致力于二維像素控光技術，本研究首次完成工程落地。

研究人員依托麻省理工納米制造中心設備與半導體芯片代工廠開展加工，最終制成一套二維系統，包含6×6陣列超表面像素單元。團隊對樣機開展測試，證實其開關切換穩定可靠。

“我們發現這種網格架構耐用性極強。”Popescu說道，“這類材料不能僅切換一次就失效，需要完成數萬次乃至更多次穩定切換。”

研究人員表示，將該系統部分設計融入現有半導體制造流程，能夠推動產品走出實驗室原型階段。規模化量產需要適配標準化工藝流程，這也是芯片代工廠制造環節至關重要的原因，與具備成熟工藝管控能力的半導體代工廠合作優勢顯著，可將所有元器件整合至一套高效制程中同步加工。

目前研究團隊正擴充像素陣列規模，開發穩定性更強的系統版本，使其能夠采集更多紅外信息。

研究團隊表示，這項技術有望實現性能更優異的光計算，利用超表面對神經網絡權重進行光學編碼，光線穿過材料時會與超表面發生耦合，光信號攜帶編碼信息，直接輸出運算結果。已有研究人員借助該方案模擬復雜度極高的神經網絡。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-75346-5