Создан датчик, помогающий изучать одиночные молекулы

Физики из России и Испании создали датчик, который с помощью клиновидных наноструктур из графена и фольги может находить одиночные молекулы сложных органических веществ и пленок толщиной в атом, и изучать их свойства. Об этом пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на научный журнал Nanophotonics.

“Неразрушающий анализ молекул с помощью инфракрасной спектроскопии необходим для множества жизненно важных ситуаций в органической и неорганической химии. Этот простой метод, однако, не позволяет изучать небольшое число молекул. Ученые из Центра двумерных материалов МФТИ предложили свой метод решения проблемы”, – говорится в сообщении.

Решить эту задачу, как пишут исследователи, можно благодаря свойствам графена – плоского углеродного материала, который впервые создали в 2004 году будущие нобелевские лауреаты Андрей Гейм и Константин Новоселов.

Ученые объясняют, что на поверхности графена могут возникать так называемые плазмоны. Так ученые называют коллективные колебания электронов, которые могут распространяться вдоль поверхности металлов и некоторых других материалов и превращаться в другие типы волн.

Физики достаточно давно заметили, что плазмоны, которые возникают на поверхности пленок из графена, можно усилить. Их движением легко управлять, если разместить на некотором расстоянии от них тонкую фольгу или пленку из золота и некоторых других металлов. Подобные наноконструкции можно использовать для создания сверхбыстрых датчиков электромагнитных волн, экзотических плоских линз, световых компьютеров и множества других устройств.
Графеновый детектор молекул

Российские ученые и их коллеги из Испании нашли новое применение для подобных “бутербродов” из графена и металлической фольги, попытавшись “сжать” такие колебания. Этого можно достичь, если создать клинообразную конструкцию из металлической пленки, графена и разделяющего их слоя из диэлектрического материала.

Внутри такой структуры расстояние между фольгой и графеном постепенно уменьшается, в результате чего плазмон все сильнее “сжимается” при движении в сторону вершины этого треугольника. Подобные колебания, как выяснили авторы открытия, можно использовать для того, чтобы изучать спектр отдельных молекул, которые сталкиваются с графеном.

Чтобы продемонстрировать этот эффект, ученые получили “отпечатки” спектра вещества CBP – органического полупроводника, который использу.n при производстве светодиодов и различных фармацевтических реагентов. Исследователи изучили свойства слоя из этого соединения толщиной всего два нанометра, чего нельзя добиться с помощью современных лазерных спектроскопов.

Благодаря этому подобные графеновые конструкции можно использовать для изучения свойств одиночных молекул, в том числе нитей ДНК, нанося их на эту структуру и возбуждая в ней колебания электронов при помощи иглы сканирующего электронного микроскопа. Как надеются исследователи, более совершенные версии их прибора станут одним из главных инструментов по поиску и изучению новых сложных молекул уже в ближайшем будущем.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.