来源：格拉斯哥大学（University of Glasgow），Sadie Harley 编辑，Robert Egan 审阅；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 刘若水 编译

图源：格拉斯哥大学（University of Glasgow）

    一种利用太赫兹辐射可清晰穿透多种材料的微型晶体芯片，有望在医疗保健、生物学研究及安全检查等领域获得广泛应用。来自苏格兰和日本的研究人员共同开发了一款轻量级超导芯片，他们表示，该芯片有望充分释放太赫兹成像技术的潜力，并推动功能更强、更便携的成像设备研发。

    该研究团队题为《基于片上超导约瑟夫森等离子体发射器的太赫兹无损检测成像系统》（Terahertz Imaging System with On-Chip Superconducting Josephson Plasma Emitters for Nondestructive Testing）的论文，已发表于《IEEE应用超导汇刊》（IEEE Transactions on Applied Superconductivity）。

    太赫兹辐射处于电磁波频谱的微波与红外频率之间。它能够轻松且无损地穿透多种材料，并在穿透过程中可识别分子和生物材料的特征“指纹”，从而实现对这些材料的探测与分析。

    尽管太赫兹成像技术已在部分科研设备中投入使用，但由于其体积庞大、功耗较高且缺乏可调谐性，通常只能局限于特定的场所和用途。

    此次由格拉斯哥大学、筑波大学（University of Tsukuba）以及日本产业技术综合研究所（AIST）的研究人员共同研发的这款新型超导芯片，未来有望催生轻量化、低功耗的量子器件，这些器件可通过调谐来识别多种太赫兹特征指纹。

    该芯片的核心是一种由铋锶钙铜氧（BSCCO）制成的晶体，这是一种高温超导量子材料。其独特的结构能够在微芯片上直接产生稳定且可调谐的相干太赫兹波，从而实现紧凑且高能效的成像系统。

    在论文中，研究团队概述了他们如何在实验室测试中利用该芯片超导发射器，生成金属、植物和生物材料的高精度图像，从而展示其在现实场景中的应用潜力。

    该设备在安全领域的潜在实用性，体现在其能够清晰呈现出密封纸袋中的手术刀片以及软盘的内部结构细节。而还能成像蒲公英叶片叶脉纹路，分辨猪肉肥瘦区域，则证明了该技术在环境监测和医疗领域的应用前景。

    同时该设备可高精度精准识别细微材质，仅凭独特的太赫兹光谱特征，就能区分食盐、白砂糖、面粉、咖喱粉等外观相近的粉末状物质。

    这一能力凸显了该技术可穿透密封包装进行无损材料识别的潜力，在安全检查、药品检验、食品质量控制及法医鉴定等领域具有广阔的应用前景。

    论文通讯作者之一、日本产业技术综合研究所的 Manabu Tsujimoto 博士表示：“太赫兹技术被认为能带来颠覆性变革，但设备性能短板一直阻碍其广泛普及。”

    “我们研发的片上超导发射器，印证了新型量子材料能够突破现有技术壁垒。这款小型设备可完成动植物样本无损成像与精准物质识别，不仅能应用于工业、通信、量子科技和安检领域，也为医疗诊断与环境监测带来全新发展机遇。”

    “我们将持续优化这项技术，力争开发出实用便携且普及度更高的太赫兹成像系统，对此我们充满期待。”

    格拉斯哥大学詹姆斯•瓦特工程学院的 Kaveh Delfanazari 博士是该论文的另一位通讯作者。他指出：“太赫兹辐射是一种极其强大的工具，能够在不对样本造成损害的前提下实现多种材料的成像与识别。”

    “利用紧凑、高性能的设备充分发挥太赫兹技术的潜力，将实现对生物组织、植物样本及医疗材料的快速非接触式检测。同时，该技术也可应用于医疗诊断、药品检验以及环境监测。”

    “目前，我们的系统在实验室环境下生成分辨率为1毫米的单张图像大约需要15分钟，因此在构建更快速、更高分辨率的系统方面仍有许多工作要做。然而，本文明确表明，芯片级超导光源可制备出体积小巧、电可调谐的相干太赫兹发射器，让微型实时成像设备的落地更进一步。”

    更多信息： Manabu Tsujimoto 等，《基于片上超导约瑟夫森等离子体发射器的太赫兹无损检测成像系统》（Terahertz Imaging System with On-Chip Superconducting Josephson Plasma Emitters for Nondestructive Testing），《IEEE应用超导汇刊》（IEEE Transactions on Applied Superconductivity）（2026年）。DOI: 10.1109/tasc.2026.3674700