科学者が最小スケールのスーパーセンサーを発見(Scientists discover super sensor for the smallest scales)

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2024-02-28 オークリッジ国立研究所(ORNL)

オークリッジ国立研究所の研究者らが、古典的な方法に新しいアプローチを加えて、これまでに記録された最小量の物質を検出しました。この結果は、セキュリティ技術の向上や量子センサーの開発に役立つ可能性があります。研究では、2世紀前に発見された熱電効果であるゼーベック効果を利用し、アトグラム単位で分子の熱と光の特徴を特定しました。この発見は、安価で信頼性の高いセンサーの普及を促す可能性があります。将来的には、量子物理学の法則を利用した量子センサーの開発にも貢献する見通しです。

<関連情報>

超高感度光熱分光法: ゼーベック効果を利用したアトグラムレベルの検出 Ultrasensitive Photothermal Spectroscopy: Harnessing the Seebeck Effect for Attogram-Level Detection

Yaoli Zhao, Patatri Chakraborty, Ali Passian, and Thomas Thundat
Nano Letters  Published:August 14, 2023
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01710

Abstract

科学者が最小スケールのスーパーセンサーを発見(Scientists discover super sensor for the smallest scales)

Molecular-level spectroscopy is crucial for sensing and imaging applications, yet detecting and quantifying minuscule quantities of chemicals remain a challenge, especially when they surface adsorb in low numbers. Here, we introduce a photothermal spectroscopic technique that enables the high selectivity sensing of adsorbates with an attogram detection limit. Our approach utilizes the Seebeck effect in a microfabricated nanoscale thermocouple junction, incorporated into the apex of a microcantilever. We observe minimal thermal mass exhibited by the sensor, which maintains exceptional thermal insulation. The temperature variation driving the thermoelectric junction arises from the nonradiative decay of molecular adsorbates’ vibrational states on the tip. We demonstrate the detection of photothermal spectra of physisorbed trinitrotoluene (TNT) and dimethyl methylphosphonate (DMMP) molecules, as well as representative polymers, with an estimated mass of 10–18 g.

1700応用理学一般
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