Датчики, которые чувствуют отдельные молекулы

Конечная цель увеличения чувствительности химического детектора состоит в том, чтобы достичь "предела чувствительности", то есть научиться регистрировать отдельные молекулы. И такой детектор, кажется, найден.

Задача определения мизерной концентрации различных газов очень важна как для экологии, так и для промышленности, не говоря уж о борьбе с терроризмом и других приложениях в области обороны. Чувствительность современных датчиков ограничена флуктуациями, обусловленными тепловым движением зарядов и дефектов, в результате чего уровень шума (посторонних сигналов или сигналов, спровоцированных посторонними источниками) на несколько порядков превышает сигнал от отдельной молекулы. Однако ученым из Института микроэлектронных технологий (Черноголовка), Университета Манчестера (Великобритания) и Университета Ниймегена (Голландия) все же удалось добиться предельного уровня разрешения. Для этой цели они использовали графен – «двухмерный» материал, состоящий из слоя атомов углерода, представляющий собой одну молекулу. Графен стабилен, очень гибок, прочен и проводит электричество.

Принцип работы графенового датчика основан на изменении электрической проводимости при адсорбции молекул. Причем изменение проводимости графена удается зарегистрировать, даже если число электронов в образце изменяется всего на единицу. Такая суперчувствительность этого углеродного материала обеспечивается отсутствием "внутренних" атомов, (на которых адсорбция невозможна, то есть "работает" весь образец) его высокой металлической проводимостью, малым количеством структурных дефектов, что гарантирует низкий уровень шума.

Исследователи отмечают, что графеновые датчики способны регистрировать не любые молекулы, а лишь те, которые адсорбируются на графене. И тем не менее беспрецедентно высокая чувствительность и миниатюрные размеры таких датчиков позволят им найти широкое применение в самых различных областях.