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度變化檢測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)和德國柏林工業(yè)大學(xué)的一支研究團隊開發(fā)了一種使用原子級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的光與物質(zhì)相互作用，使得該材料對周圍環(huán)境的變化非常敏感。

TMDs除了能顯示亮激子，也能顯示角動量或質(zhì)心動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。

該團隊證明，TMDs中的暗激子和亮激子具有高效的耦合，而具有強偶極矩的非共價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，因為新的傳感器依賴于其光學(xué)特性的微小變化?！碑敼饩€照射在傳感器上時，將會顯示材料的光學(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。”研究人員Ermin Malic說。

該團隊為其新型傳感器提交了專利申請。接下來他們將與實驗物理學(xué)家和化學(xué)家合作，為這一新型化學(xué)傳感器進行原理證明。

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