Nanostrukturirani metamaterials prepoznaju kemijsku prirodu sitnih molekula

Anonim

Infracrvena (IR) apsorpcijska spektroskopija igra središnju ulogu u materijalima i životnim znanostima i otkrivanju sigurnosti za izravnu analizu molekularnih otisaka prstiju, uključujući molekularne strukture, sastav i okoliš.

Međutim, IR inspekcija izuzetno male količine molekula je izazovna zbog pozadinske IR buke, stoga postoji velika potražnja za povećanjem kvalitete signala ove tehnike.

Atsushi Ishikawa i Kenji Tsuruta na Sveučilištu Okayama, u suradnji s RIKEN-om, Japanom, razvili su novi metamatički materijal - projektiran optički materijal - za manipulaciju IR svjetlom na željeni način. Metamaterial bi zatim mogao iskoristiti neželjenu pozadinsku buku, čime dramatično povećava ultimativnu sposobnost senzora IR spektroskopije.

Istraživači su došli do jedinstvenog asimetričnog metamaterijalnog dizajna, izrađenog od 20 nm zlatnih filmova na silicijskom supstratu (slika 1) radi rotiranja polarizacije, to jest orijentacije oscilacija IR valova tijekom mjerenja. Na taj su način molekule pričvršćene na metamaterijale pokazale drugačiju polarizaciju od drugih, a istraživači su mogli otkriti samo ciljani molekularni signal potpuno uklanjajući neželjenu pozadinsku svjetlost.

Mogućnosti novog metamaterijala testirane su identifikacijom vibracijskog istezanja dvostrukih veza ugljik-oksida u nano filmu poli (metil metakrilat) (PMMA). Mjerenje je pokazalo razliku IR apsorpcije istezanja ugljik-oksida, postizanja osjetljivosti zeptomola uz dramatično poboljšanu kvalitetu signala (Slika 1).

Novi metamatički pristup razvijen od strane tima omogućio je vrlo detaljno IR mjerenje sitnih molekula na nivou zetomola, što odgovara nekoliko tisuća organskih molekula. Istraživači očekuju da će njihova nova tehnika otvoriti vrata za razvoj ultrasensivnih IR inspekcijskih tehnologija za sofisticirane primjene, kao što je praćenje stanja okoliša i analiza ljudskog daha za dijagnostiku.

menu
menu