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光学工程
超薄纳米材料提高环境监测灵敏度

查尔默斯理工大学开发出一种基于暗激子的传感器


更好的传感器:暗激子造成光谱改变

瑞典查尔默斯理工大学开发出一种新型的化学纳米传感器,这种技术得益于对原子层厚度纳米材料的研究,而这种材料对周围环境极其敏感。

这种传感器是用过渡金属二硫化物制备的,这种材料与光能发生很强的相互作用,被视为新型传感器材料,同时制成薄膜时又具有理想的比表面积。相关的研究成果发表在Nature Communication上。

查尔默斯大学的Ermin Malic表示:“利用我们的方法可以制作出快速、高效、精准的传感器。将来这种技术可以用于制造环境研究领域高灵敏度有选择性的传感器。”

过渡金属二硫化物具有宽的直接带隙,光照时易于产生电子-空穴束缚态的激子,可作为高效的传感器材料。这些被激发出来的“明亮”激子受到周围环境的影响,因此过渡金属二硫化物可用于探测周边环境。

光指纹

过渡金属二硫化物同时也具有光禁止的“暗”激子态,研究小组发现当周围存在有偶极矩的分子时,这些“暗”激子态会转变成“明亮”激子,在光谱上形成一个明显的附加峰。

根据研究小组的描述,这个效应为探测分子提供了便于识别的光指纹,与传统的探测方法依赖于峰位的微小变化以及强度改变相比,这个方法要高效得多。

研究小组用典型的过渡金属二硫化物材料二硫化钨进行了测试,结果表明光指纹现象的确与传感器材料表明覆盖的偶极分子数量有关。

随着偶极分子覆盖度的增加,暗激子对应的峰转变为相应的明亮激子所对应的峰,峰位从能量高的一侧转移到能量低的一侧。这个效应可以用于直接探测暗激子的分布,反之也能探测相应偶极分子的分布。

查尔默斯大学的Maja Feierabend说道:“这个效应为探测空气环境提供了新思路。我们的方法比依赖于微小光学性质变化的传统传感器更有效。”


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