由超薄納米材料制成的傳感器通過提供清晰的光學(xué)指紋來檢測(cè)污染物分子，以此提高環(huán)境遙感的精度。傳統(tǒng)的傳感器依賴于微小的峰值偏移和強(qiáng)度變化檢測(cè)空氣中的污染物分子，但該方法并不精確。

通過激活傳感器材料中的暗電子狀態(tài)并產(chǎn)生新的可見峰以識(shí)別污染物分子。傳感器材料光學(xué)指紋的改變證明了污染物分子的存在。

來自瑞典查爾姆斯理工大學(xué)和德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種使用原子級(jí)厚度的過渡族金屬二硫化物(TMDs)的高效傳感器。TMDs擁有極佳的表面積與體積比和極強(qiáng)的光與物質(zhì)相互作用，使得該材料對(duì)周圍環(huán)境的變化非常敏感。

TMDs除了能顯示亮激子，也能顯示角動(dòng)量或質(zhì)心動(dòng)量不為零的各種暗激子。新型傳感器通過激活納米材料中的暗激子來識(shí)別分子。納米材料表面上的污染物分子與暗激子相互作用并使其可見(變亮)，并改變光學(xué)指紋以顯示污染物分子的存在。

該團(tuán)隊(duì)證明，TMDs中的暗激子和亮激子具有高效的耦合，而具有強(qiáng)偶極矩的非共價(jià)連接分子可能使暗激子發(fā)光，從而在光譜中產(chǎn)生額外的峰。

“該方法可能為環(huán)境氣體的檢測(cè)開辟出新的可能性，”研究人員Maja Feierabend表示，“我們的方法比傳統(tǒng)的傳感器更加穩(wěn)定，因?yàn)樾碌膫鞲衅饕蕾囉谄涔鈱W(xué)特性的微小變化?！碑?dāng)光線照射在傳感器上時(shí)，將會(huì)顯示材料的光學(xué)指紋。

“我們的方法在超薄、高速、高效、精密的傳感器研究領(lǐng)域有極大潛力。未來，利用該方法有希望制造出用于環(huán)境研究的高靈敏度和高區(qū)分度的傳感器?！毖芯咳藛TErmin Malic說。

該團(tuán)隊(duì)為其新型傳感器提交了專利申請(qǐng)。接下來他們將與實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家和化學(xué)家合作，為這一新型化學(xué)傳感器進(jìn)行原理證明。

該研究已發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)。