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光學工程
超薄納米材料提高環境監測靈敏度

查爾默斯理工大學開發出一種基于暗激子的傳感器


更好的傳感器:暗激子造成光譜改變

瑞典查爾默斯理工大學開發出一種新型的化學納米傳感器,這種技術得益于對原子層厚度納米材料的研究,而這種材料對周圍環境極其敏感。

這種傳感器是用過渡金屬二硫化物制備的,這種材料與光能發生很強的相互作用,被視為新型傳感器材料,同時制成薄膜時又具有理想的比表面積。相關的研究成果發表在Nature Communication上。

查爾默斯大學的Ermin Malic表示:“利用我們的方法可以制作出快速、高效、精準的傳感器。將來這種技術可以用于制造環境研究領域高靈敏度有選擇性的傳感器。”

過渡金屬二硫化物具有寬的直接帶隙,光照時易于產生電子-空穴束縛態的激子,可作為高效的傳感器材料。這些被激發出來的“明亮”激子受到周圍環境的影響,因此過渡金屬二硫化物可用于探測周邊環境。

光指紋

過渡金屬二硫化物同時也具有光禁止的“暗”激子態,研究小組發現當周圍存在有偶極矩的分子時,這些“暗”激子態會轉變成“明亮”激子,在光譜上形成一個明顯的附加峰。

根據研究小組的描述,這個效應為探測分子提供了便于識別的光指紋,與傳統的探測方法依賴于峰位的微小變化以及強度改變相比,這個方法要高效得多。

研究小組用典型的過渡金屬二硫化物材料二硫化鎢進行了測試,結果表明光指紋現象的確與傳感器材料表明覆蓋的偶極分子數量有關。

隨著偶極分子覆蓋度的增加,暗激子對應的峰轉變為相應的明亮激子所對應的峰,峰位從能量高的一側轉移到能量低的一側。這個效應可以用于直接探測暗激子的分布,反之也能探測相應偶極分子的分布。

查爾默斯大學的Maja Feierabend說道:“這個效應為探測空氣環境提供了新思路。我們的方法比依賴于微小光學性質變化的傳統傳感器更有效。”


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