Графен сделал детекторы отдельных молекул еще чувствительнее

ТАСС, 21 декабря. Физики обнаружили, что чувствительность детекторов одиночных молекул, созданных на основе нанопленок из золота, можно увеличить в среднем на 40%, если соединить их с графеновой подложкой. Описание исследования опубликовал научный журнал Nanomaterials, кратко об этом пишет пресс-служба МФТИ.

"Использование графена в эксперименте позволило нам подавить фоновый шум в среднем на 40%. Это означает, что слоистые структуры в комбинации с графеном можно использовать в уже существующих сенсорах для улучшения их свойств", – рассказал один из авторов работы, старший научный сотрудник МФТИ Сергей Новиков.

Примерно полвека назад физики обнаружили, что примеси с поверхности пластинок из различных металлов заметно меняют то, как эти структуры взаимодействуют со светом. Благодаря этому можно находить следы различных соединений, если фиксировать, как меняется характер рассеивания света при его взаимодействиях с металлической поверхностью, к которой могут присоединяться эти вещества. Это явление физики называют гигантским комбинационным рассеянием.

В последние годы ученые пытаются приспособить его для обнаружения одиночных молекул в растворах и других химических средах. Этому часто мешает то, что изменения в характере рассеивания света, которые возникают из-за таких молекул, очень сложно обнаружить. При этом попытки их усилить обычно усиливают и помехи.

Новиков и его коллеги нашли способ избавиться от этих помех и усилить гигантское комбинационное рассеяние. В ходе нового исследования ученые экспериментировали с наноструктурами, которые состоят из большого количества очень тонких слоев золота. Физики предполагали, что подобная конструкция теоретически должна заметно усилить сигнал. Но первые опыты показали, что его качество почти не меняется.

Новиков и его коллеги предположили, что качество сигнала можно усилить, если при сборке этих наноструктур использовать листы из нескольких разных материалов. Руководствуясь этой идеей, физики создали три разных варианта подобных детекторов, включавших в себя слои из золота, графена, стекла и двуокиси кремния.

Эти опыты подтвердили, что добавление других материалов в детектор одиночных молекул усиливало сигнал. В частности, появление слоев из двуокиси кремния улучшило качество работы детектора примерно в семь раз, а графеновая прослойка повысила этот показатель в шесть раз.

Кроме того ученые обнаружили, что графен на 40% снижал уровень помех, которые возникали в процессе усиления сигнала. В перспективе это позволит заметно повысить чувствительность уже производимых детекторов одиночных молекул на основе тонких пленок из золота, если прикрепить их к подложке из графена, подытожили Новиков и его коллеги.