Текст уведомления здесь

«Ёжики» из «черного кремния» оказались лучшими усилителями рассеяния

Они найдут применение в передовых технологиях анализа и идентификации органических соединений.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) в сотрудничестве с коллегами из Российской академии наук (РАН) и Австралии нашли способ усовершенствовать технологию идентификации ряда молекул органических соединений. Как показали их эксперименты, использование в анализаторах на основе спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) подложек из «черного кремния» позволяет более точно и достоверно определять токсичные, взрывчатые, загрязняющие и другие опасные вещества. Соответствующая статья опубликована в Nanoscale.

В настоящее время для поиска следов различных органических веществ широко применяются устройства, использующие метод спектроскопии ГКР. Так называется спектроскопия на основе гигантского комбинационного рассеяния, усиленного поверхностностью (на английском обычно называется поверхностно-усиленное рамановское рассеяние света, SERS, Surface-Enhanced Raman Scattering).

Подложка играет ключевую роль в спектроскопии ГКР. Когда падающий свет попадает на поверхность, на ней возникают локализованные поверхностные плазмоны — коллективные колебания свободного электронного газа. Если частота таких колебаний приходит в резонанс с падающим излучением, возникает мощное усиление света. На приборе ГКР-спектроскопии усиление возникает тогда, когда свет достигает не изучаемой молекулы, а подложки, на которой она находится.

Поверхность подложки обычно выполняется неровной, чтобы возникающие колебания плазмонов были перпендикулярны ей, так как если они будут параллельны, то резонанса с фотонами падающего света не возникнет. Обычно подложки выполняют из металлов, чьи свойства добавляют в спектры излучений анализируемых молекул дополнительные линии (так происходит из-за типичного для металлов блеска от поверхностных плазмонов). Это искажает «сигналы» и снижает общую чувствительность метода ГКР-спектроскопии.

Авторы новой работы изучили, как функционирует при спектрометрическом анализе подложка не из металла, а из «черного кремния» (black silicon). Это нанотекстурированный кремний, поверхность которого покрыта монокристаллическими иглами, как правило, не менее 10 микрометров в высоту и диаметром не более одного микрометра. Благодаря этим иглам «черный кремний» отражает в несколько раз меньше (обычно не более пяти процентов) падающего на него света, что и определяет его характерный цвет. Такая морфология нового материала позволяет значительно усилить сигнал комбинационного рассеяния света (вторичного излучения, рассеивающегося от анализируемых молекул) и при этом не исказить его.

«Эти уникальные структуры объединяют несколько полезных свойств: перестраиваемый оптический отклик, существенное усиление интенсивности электромагнитного поля и неинвазивность, то есть полное отсутствие химического влияния. В результате из „черного кремния“ получилась уникальная подложка, абсолютно химически пассивная, которая показывает мощный и достоверный сигнал», — комментирует работу один из ее авторов, Александр Кучмижак.

Молодой ученый отметил, что подложки из «черного кремния» имеют хорошие перспективы коммерческого внедрения. Их можно изготавливать с помощью простой в использовании технологии плазменного травления, уже сегодня широко распространенной. Такие недорогие неметаллические подложки могут успешно применяться для различных приложений идентификации молекул с помощью комбинационного рассеяния.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы