納米光子學領域的突破 光在納米尺度上的表現(xiàn)為“超材料”的發(fā)明鋪平了道路

納米光子學領域的突破——光在納米尺度上的表現(xiàn)——為“超材料”的發(fā)明鋪平了道路，這些超材料具有巨大的應用，例如來自遠程納米傳感的能量收集和醫(yī)學診斷。然而，它們對日常生活的影響受到復雜制造工藝的阻礙，誤差很大。

現(xiàn)在，特拉維夫大學一項新的跨學科研究發(fā)表在《光：科學與應用》上，該研究展示了一種簡化基礎納米光子和超材料的設計和表征過程的方法。該研究由TAU物理和天文學院的Haim Suchowski博士和TAU Blavatnik計算機科學學院的Lior Wolf教授領導，由研究科學家Michael Mrejen博士和TAU研究生Itzik馬爾基爾、Achiya Nagler和Uri Arieli領導。

“設計超材料的過程包括雕刻具有精確電磁響應的納米級元素，”姆雷金博士說?！叭欢?，由于所涉及的物理學的復雜性，這些元素的設計、制造和表征需要大量的重復測試，這極大地限制了它們的應用。”

深度學習是精密制造的關鍵。

沃爾夫教授解釋說：“我們的新方法幾乎完全依賴于深度學習，這是一種受人腦分層和層次結構啟發(fā)的計算機網(wǎng)絡?！八亲钕冗M的機器學習形式之一，負責重大的技術進步，包括語音識別、翻譯和圖像處理。我們認為這將是設計納米光子和超材料的正確方法?！?

科學家們通過15000次人工實驗為深度學習網(wǎng)絡提供了一個網(wǎng)絡，并教授了納米元素形狀與其電磁響應之間的復雜關系?！拔覀円呀?jīng)證明，‘訓練有素’的深度學習網(wǎng)絡可以在瞬間預測制造出的納米結構的幾何形狀，”蘇考斯基博士說。

研究人員還證明，他們的方法成功地產生了一種新的納米元素設計，可以與特定的化學物質和蛋白質相互作用。

廣泛適用的結果

Suchowski博士說：“這些結果被廣泛應用于許多領域，包括光譜學和靶向治療，也就是說，可以有效、快速地設計出能夠靶向惡意蛋白質的納米粒子?！敖?jīng)過數(shù)千次合成實驗，一種新的深度神經(jīng)網(wǎng)絡首次不僅可以確定納米尺寸物體的尺寸，還可以快速設計和表征用于目標化學物質和生物分子的基于表面的光學元件。

“我們的解決方案恰恰相反。一旦形成形狀，通常需要昂貴的設備和時間來確定實際制造的確切形狀。我們基于計算機的解決方案實現(xiàn)了基于瞬間簡單傳輸?shù)臏y量?！?

研究人員還為他們的新方法申請了專利，目前正在擴展他們的深度學習算法，以包括納米粒子的化學表征。

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