МОСКВА, 16 июня. /ТАСС/. Ученые разработали подход, который позволяет использовать двумерные материалы для создания "плоских" оптических приборов, способных сильно преломлять свет и менять его фазовые характеристики. Физики уже использовали его для создания сверхчувствительного биосенсора, сообщила в четверг пресс-служба МФТИ.
"Концентрации белков в биожидкостях часто бывают очень маленькими, из-за чего их бывает сложно обнаружить по тому, как они меняют коэффициент преломления среды. Мы положили двумерную пленку из диселенида палладия на биосенсорный чип и получили рекордную чувствительность по сравнению со всеми остальными методиками измерения", - заявил руководитель Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ (Долгопрудный) Валентин Волков, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Ученые достаточно долгое время считали, что все твердые материалы, существующие в природе, могут принимать только трехмерную форму. Эта идея пошатнулась только в середине прошлого столетия, когда математики и физики теоретики доказали, что "плоские" атомные структуры могут существовать в принципе, и что они могут быть стабильными.
Первый подобный материал, графен, был открыт лишь в 2004 году. Впоследствии физики и химики открыли множество других плоских материалов, которые не уступают графену в уровне научного интереса. Например, подобными свойствами обладает нитрид бора, а также дисульфид молибдена и другие соединения переходных металлов и элементов из группы серы.
Новое применение для двумерных материалов
Многие подобные материалы, как отмечают Волков и его коллеги, обладают необычно высокой преломляющей способностью для двумерных объектов, но при этом они относительно слабо влияют на фазовые характеристики света. Это сильно ограничивало применение подобных материалов в прошлом, так как световые волны очень быстро покидали эти двумерные структуры из-за их крайне малой толщины.
Российские ученые, а также их коллеги из Сингапура, Великобритании и Китая, смогли решить эту проблему, объединив пленку из двумерного диселенида палладия с особо устроенной подложкой из кремния и двуокиси кремния. Их коэффициент преломления и другие оптические свойства были подобраны таким образом, что комбинация из двумерного материала и подобной подложки резко меняла фазу проходящей через них световой волны.
Последующее изучение ее свойств и теоретические расчеты показали, что подобными свойствами будут обладать и другие комбинации из кремниевых подложек и двумерных пленок, состоящих из соединений переходных металлов и элементов из группы серы. Это позволит использовать их для создания различных сенсоров и оптических приборов, способных преломлять свет и манипулировать его фазовыми характеристиками.
В качестве демонстрации Волков и его коллеги создали биосенсор, способный определять присутствие даже самых небольших количеств молекул спирта изопропанола и различных органических молекул в воде по тому, как они влияют на преломляющие свойства раствора. Аналогичным образом можно создать другие высокочувствительные датчики, которые найдут широкое применение в разных отраслях биомедицины и науки, подытожили ученые.