东南大学在传感器领域发表最新成果

近日，东南大学MEMS教育部重点实验室黄庆安教授、董蕾副教授课题组，基于非线性宇称-时间对称性原理，实现高灵敏、宽动态范围电感-电容（LC）传感器成果，以“A nonlinear parity–time-symmetric system for robust phase sensing”（一种基于非线性宇称-时间对称系统的鲁棒性相位敏感）为题在《自然电子》（Nature Electronics）上发表。

量子力学中力学量用算子表示，为保证可观测量是实数，要求算子是厄密的。然而，1998年Bender等人提出，满足宇称-时间（PT）对称性但不满足厄密性的算子依然存在实数本征值，进而在物理学、光学、声学、电学等领域引发了许多新奇的现象和应用。其中，2014年实现的奇异点（EP）增强感应，能大幅度提高传感器的灵敏度，但同时，这种方案也存在争议，因在奇异点处，本征值合并、本征矢坍塌，噪声也会被同时放大。

该论文提出的EP增强感应方案，实现了双重突破：其一，非线性饱和增益可以消除频率本征值的虚部，压制噪声，显著提升了传感器的信噪比；其二，首次提出用增益-损耗谐振器之间的相位差作为敏感量，显示出立方根奇异性，灵敏度比频率敏感提升了一个数量级，且兼具更宽的动态范围。

该论文基于非线性PT对称的LC温度敏感平台，可测量温度范围为36 °C到55.5 °C，对应于给PT对称系统施加0%到3.95%的非对称微扰。实验表明：归一化相位灵敏度超过400、动态范围超过53.52 dB、信噪比达63.8 dB，距离中心频率2kHz处的相位噪声均低于-85dBc/Hz。该研究解决了EP传感方案有效性的争论，提出了一种基于相位敏感的PT对称传感器新范式，可以进一步扩展到物理学、光学、声学等传感系统，展现出广阔的应用前景。

东南大学集成电路学院博士研究生陈冬岩为论文第一作者，东南大学电子科学与工程学院董蕾副教授和集成电路学院黄庆安教授为论文共同通讯作者，东南大学为该成果的唯一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金面上项目（62274030）和国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目（61727812）的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41928-025-01542-8