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印度理工學院孟買分校發明電子鼻

警察經常利用狗敏銳的嗅覺聞出爆炸物和毒品。印度理工學院孟買分校(IIT-Bombay)的電子工程系,現在正以非彈性量子隧穿(Inelastic quantum tunnelling)技術,研究開發完全不需要靠狗就能處理這種情況的「電子鼻」。這個「鼻子」可以根據振動能量來區分不同的分子。  

嗅覺技術原理   
  
有兩種比較理論可以說明嗅覺或嗅覺的行為 – 形狀理論和振動理論。根據形狀理論,特定分子的形狀如同「鑰匙」,鼻子就是「鎖頭」,進而刺激感應氣味種類。另外,振動理論提出,鼻子不僅以形狀鎖定更能以振動能量來感應氣味分子。雖然這還在爭論中,也許實際系統是這兩種過程的結合,但印度理工學院孟買分校的研究人員使用非彈性量子力學技術,構造了一種電子鼻,以振動能量的感應方式可以區分不同的氣味分子。一般來說,量子效應在室溫中會消失,但他們提出了一種在室溫中也能維持量子效應的方法。    
  
他們構造的電子鼻實際上是一維的量子元件「諧振穿隧二極體」,在被特殊的離散電能被激發時才有傳輸功能。就本質而言,這是對量子線的修正,也就是在一種線性陣列上其中電子只能在一維中移動。在科學會報論文發表作者之一的 Swaroop Granguly教授表示:「我們採用量子線慢慢修正這個裝置,因為增加了一種潛在雙重屏障的構造讓運輸方向良好,要不然就無法在室溫操作呈現出來。」這位Granguly教授與我國交通大學有合作計畫。  
  
在量子線上建構如同路障的雙重屏障,進而將電子限制在一個小區域內。已知量子力學上能夠讓這被受限的電子具有離散的能量。這個裝置選擇性地允許讓特定共振入射能量的電子能越過屏障。  
  
Ganguly教授也解釋說明:「諧振隧穿二極體能在電流中顯示高峰值,但完離峰值時也不會完全關閉。氣味分子訊號進入的方式是通過建立起的電流振動模式,這種電子以振動形式經由開通的非彈性特殊通道中會耗損能量,然後被沖掉。」通常這種特殊的振動形式在較高溫中被沖掉,但是該論文中所提出的裝置,它們也能在一般室溫中持續進行。  
  
製造電子鼻裝置所擴及利用標準半導體技術製造有雙重屏障的一維半導體元件。Ganguly教授補充:「這是我們目前著手進行的方法,Dr. Dipankar Saha亦是本報告的作者之一,這是他在印度理工學院孟買分校奈米加工實驗室所製作出來優良的一維構造電子鼻。」  
  

更新日期 : 2018/04/19