根据斯特藩-玻尔兹曼定律，常规材料的热红外辐射功率Prad正比于温度T的四次方。基于此关系，红外相机可以通过Prad的测量来表征物体表面的温度分布。常温的红外探测技术在红外夜视，安全监控，电路检测，医学诊断，结构缺陷筛查，以及科学研究方面有广泛应用。等效噪音的温度差（Noise Equivalent Differential Temperature, NEDT）是决定红外相机对温度的敏感度和成像质量的关键性能参数。然而，以往的改善NEDT的工作主要局限于对红外信号接收和传感的改进，而忽视了从Prad与T的关系这一角度寻找突破的可能。受此局限性影响，常温红外探测器的NEDT在达到20-40 mK时遇到了瓶颈，过去的20年中一直没有明显的进展。

在此背景下，美国伯克利加州大学的Junqiao Wu（吴军桥）课题组另辟蹊径，借助金属-绝缘体相变材料，光学谐振结构和薄膜转移工艺，开发了一种红外探测敏感度增强贴膜（Thermal Imaging Sensitizer, TIS）。TIS技术突破了Prad正比于T4这一限制，将红外探测的敏感度在现有基础上提高了15倍以上，首次实现了毫开尔文级别的常温红外探测，对成像质量的提升，应用的拓展，以及新表征技术的开发有重要意义。该研究成果以“Millikelvin-resolved Ambient Thermography”为题近日发表于国际著名学术期刊Science Advances。

图1. 基于金属-绝缘体相变的TIS技术的结构，原理与应用示意图

如图1所示，TIS由钨掺杂氧化钒（WxV1-xO2），BaF2，Ag结构组成。当WxV1-xO2处于绝缘体态时，其对红外辐射基本透明，系统类似于一个简单的金属镜面结构，具有低红外辐射率ε；而当温度上升时，转变成金属态的WxV1-xO2对红外辐射有较高的吸收，结合1/4波长谐振腔结构，系统的ε会展现出突然的增加。对于辐射率随温度变化的材料，红外探测温度TIR与实际温度T的关系可以表示为：

由于TIS的ε在相变温度附近对T 非常敏感，dTIR/dT可以远远突破传统材料的限制（dTIR/dT~ 1），进而大幅度改善NEDT。在此项工作中，高达15以上的dTIR/dT可以实现毫开尔文级别的红外探测，对多方面的应用都有重大意义。