激光网3月20日消息，一个由能源部橡树岭国家实验室的研究人员组成的团队在旧方法的基础上使用了一种新方法来检测一些迄今为止记录的最小量的材料。
这些结果可能导致安全技术的增强，并有助于量子传感器的发展。
这项研究发表在《纳米快报》上，利用塞贝克效应来识别由阿图测量的分子的热和光特征比一美元钞票还轻几倍。最重的重约 52 阿特克，最轻的重约 40 阿克。
“这基本上是第一次有人报告说，在普通条件下，在那些小材料的水平上检测到光谱信号，”ORNL研究科学家，该研究的合著者Ali Passian说。
“这项技术本身并不新鲜。但探索传感的物理学和提出正确的问题是关键。这一发现可能为广泛部署用于各种用途的廉价、可靠和准确的传感器铺平道路。
Passian与布法罗大学的科学家Yaoli Zhao，Patatri Chakraborty和Thomas Thundat合作进行了这项研究。
塞贝克效应以德国物理学家托马斯·塞贝克的名字命名，它描述了由两个不同的电导体组成的电路中温差产生的电压，例如由不同金属制成的两根电线，当暴露在热中时。
研究小组依赖于一个有机硅微悬臂探头，类似于老式电唱机上针的微观版本，它通过创建这样的电路并使用来自激光的红外光来刺激所研究材料的分子并产生热量，从而利用塞贝克效应。
通过使探头接触极少量的材料，该团队从光谱信号和温差变化中逆向工作，以准确识别和计算存在的材料的量：三硝基甲苯，更广为人知的是爆炸性TNT，以及甲基膦酸二甲酯，一种用于阻燃剂和化学武器的化合物。
“这是一个非常简单的系统，运行得非常好，”Passian说。“探头有一个锋利的尖端，我们将其靠近表面，然后将红外光照射到它上面。我们只产生了少量的热量，这个探头能够读取它。我们非常兴奋地发现，我们可以以如此非侵入性的方式如此可靠地检测如此少的材料。
该探针已被用于纳米级成像 - 大约比阿图大九个数量级 - 但Passian和团队是第一个在如此小的尺度上使用这种方法进行光谱学的人。
“想想一枚小硬币，”帕西安说。“现在把这枚硬币缩小一百万倍左右。这与探头的大小相当。我们以一种新的方式使用探头 - 测量热量和光，而不是捕获图像 - 事实证明它比我们预期的更有用。我相信我们可以进一步提高检测限值。
该探头的灵敏度和相对较低的成本为广泛的应用开辟了可能性。
“每个人都希望传感器便宜、小巧、快速、简单，但精度高，”Passian 说。“这个系统符合所有这些标准。因为它非常小，所以不需要很多笨重的机械，我们可以在一个表面上安装数百或数千个这样的探头。这使得该系统非常适合紧凑的空间，例如机场的安全检查站或采矿等地下应用。
该团队计划测试探针以检测更小的数量。研究结果可以支持量子传感器的构建，量子传感器将利用量子物理定律在单个原子的水平上进行传感。
“在某些时候，即使对于这个传感器来说，材料的数量也太少了，”Passian说。“那么下一步将是量子测量。我们希望这种技术可以帮助我们实现这一目标。
