Ученые университета ИТМО вместе с коллегами из Физико-технического института имени Иоффе и Харбинского политехнического университета (Китай) предложили новый дизайн терагерцового сенсора.
Терагерцовое излучение безопасно для человека, проникает сквозь непрозрачные материалы и взаимодействует с колебаниями крупных органических молекул. Но существующие датчики обладают низкой чувствительностью и плохо различают разные молекулы. Причина в том, что длина терагерцовой волны в разы больше размера молекул — волна «не замечает» частицу, и взаимодействие получается слабым.
Новая система состоит из метаповерхности на основе полосок графена, микрорезонатора и золотого отражающего слоя. Вместе они создают условия, при которых излучение почти не отражается и концентрируется внутри резонатора, где находится исследуемое вещество. Возникает резонанс Фано — отражение падает почти до нуля, а поглощение достигает максимума. Свет многократно проходит через структуру и полностью поглощается образцом.
Мы предполагаем, что предложенный нами дизайн сенсора позволит создать устройство в разы чувствительнее к изменениям состава среды, чем существующие аналоги. Такая разработка будет реагировать на малейшие сдвиги показателя преломления — например, на появление следовых количеств молекул глюкозы, белков, вирусов или токсинов в жидкости
Еще одно преимущество — электрическая настройка. При изменении напряжения на графеновой метаповерхности можно управлять параметрами резонанса и подстраивать сенсор под разные задачи. В дальнейшем авторы планируют изготовить реальный сенсор и адаптировать платформу для распознавания хиральных молекул — зеркально симметричных форм, которые могут по-разному действовать на организм. Это важно для фармакологии: одна форма может лечить, другая — оказаться токсичной.
Разработка пригодится для определения раковых клеток и вирусов прямо в биопсии без окрашивания, выявления микродоз пестицидов в воде и контроля качества в фармацевтике. Результаты опубликованы в журнале Nanophotonics.
Ранее Наука Mail писала о том, что физики ИТМО объяснили «невозможный» эффект с электронным пучком.