“量子材料”具有探测微小电信号的鲨鱼般的能力。

一种模仿鲨鱼探测小猎物微小电场的能力的“量子材料”在海洋环境中表现良好，从防御到海洋生物学有潜在的应用前景。

图片说明：传感器是由一个“量子材料”，令人惊讶的是，在寒冷天气的功能，环境温度典型的海水（普渡大学图像/ Marshall Farthing）

该材料保持其功能稳定性，在海水浸泡后不腐蚀，这是海洋传感的先决条件。令人惊讶的是，也可以在寒冷的环境温度下典型的海水，Shriram Ramanathan说，一个普度大学材料工程系教授。

这种技术可用于研究海洋生物和生态系统，并监测船舶在军事和商业海事方面的应用情况。

“所以，它在许多领域具有非常广泛的兴趣，”Ramanathan说，谁领导的研究开发的传感器，一个团队，包括普度大学博士后研究员张真和研究生Derek Schwanz的工作。

研究结果发表在12月18日发表在《自然》杂志上的一篇研究论文中。本文施万茨的第一作者是张，正在与美国阿贡国家实验室，同事罗格斯大学的标准和技术，国立麻省理工学院，加拿大光源在萨斯喀彻温大学，哥伦比亚大学和麻州大学。一个完整的合著者名单包含在摘要中。

新的传感器是由附近的鲨鱼嘴一个器官叫做Lorenzini壶腹，能够从被捕食的动物检测小电场。

张说：“这个器官能够通过交换海水中的离子来与环境相互作用，给鲨鱼带来所谓的“第六感”。

这个器官含有一个胶状物，将海水中的离子传导到壶腹底部的一个特殊的膜上。传感膜细胞让鲨鱼来检测生物电领域的猎物发出的。

新的传感器是由一种被称为“镍钐的材料，这是一个量子材料，意味着其性能水龙头到量子力学的相互作用。Samarium nickelate是一类量子材料称为强关联电子系统，具有奇特的电学和磁学性质。

因为这种物质能很快地传导质子，研究人员想知道他们是否能研制出一种模仿鲨鱼器官的传感器。

“我们一直在这几年，”Ramanathan说。“我们发现，这些传感器可以检测到的电位低于一伏，在毫伏的顺序，这与电位是由海洋生物。这种材料很敏感。我们计算我们的装置的探测距离和发现类似的长度规模，已报道的电感受器在鲨鱼。”

量子效应使材料从导体到绝缘体发生戏剧性的“相变”，从而使它充当灵敏的探测器。这种物质还与环境交换物质，质子从水中进入物质，然后返回水中，来回流动。

“有一个材料，是非常强大的，”施万茨说。

例如，铝等金属在海水中立即形成氧化物涂层。反应可以防止腐蚀，但防止进一步与环境的相互作用。

“在这里，我们开始与氧化物材料，我们能够保持它的功能，这是非常罕见的，”Ramanathan说。

这种材料也改变了光学性质，变得更加透明，因为它变得更加绝缘。

如果材料以不同的方式传输光，那么你可以用光作为探针来研究材料的性质，这是非常强大的。现在你有多种方法来研究材料，电的和光学的。

这种材料通过浸泡在模拟海洋环境中进行测试，以覆盖遍布大洋的温度和酸碱度。在未来的工作中，研究人员计划在真正的海洋中测试这种装置，并可能与生物学家合作，将这项技术应用到更广泛的研究中。

一种叫做中子反射计的技术在NIST进行。在量子材料的晶格中加入质子会使晶格稍微膨胀。将中子束照射在材料上使研究人员能够探测到这种膨胀并确定质子进入了物质。

NIST的物理学家Joseph Dura说：“中子对氢非常敏感，所以中子反射是确定膨胀和巨大电阻变化是否是由氢从盐水中进入物质所引起的理想技术。”。

研究人员用一种叫做物理气相沉积的方法在普渡大学制造了这种装置。

该研究的普渡大学部分由美国陆军研究办公室、空军科学研究办公室和国家科学基金资助。