"Супернос" распознает даже молекулу вещества

Сфера действия новой технологии метаматериалов стремится к концентрации на создании реальных "плащей-невидимок". К действующим прототипам ещё очень далеко, но гораздо ближе к появлению другая технология – материалы для сверхчувствительных сенсоров, которые способны распознать самый слабый след запаха. Ни одно из существующих устройств не способно приблизиться к обонянию, например, ищейки. Однако всё может измениться, если усилия исследователей Центра исследований и технологий в области авиационных и ракетных разработок армии США (US Army’s Aviation and Missile Research Development and Engineering Center, AMRDEC) сумеют осуществить свои планы. Они базируются на технологии плазмоники, которая позволяет улавливать световые волны.

"Суперносы" будут основаны на Усиленной поверхностной рамановской спектроскопии (Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS). Как и другие виды спектроскопии, она позволяет исследовать субстанцию путём анализа спектра рассеиваемого ею света. Обычно требуется большой объём материала, чтобы "считать" с него информацию, но благодаря SERS эффект рассеивания значительно усилен. Правильная форма искусственной микроструктуры может улавливать фотоны, захватывая их в виде поверхностных волн, известных как плазмоны. Они взаимодействуют со специфическими молекулами и значительно увеличивают эффект рассеяния, поэтому анализируемый образец может быть небольшим. При правильных условиях технология в сотни миллионов раз более чувствительна, чем без поверхностного эффекта. Всё вышесказанное означает, что построенные на SERS детекторы могут фиксировать малейшие следы какой-либо субстанции в воздухе. В теории, даже единственную молекулу. Хотя звучит невероятно, в природе существуют живые аналоги: самец бабочки тутового шелкопряда может распознать единственную молекулу запаха самки.

Некоторые детекторы на SERS уже функционируют, но технология находится на начальной стадии и лежащая в её основе физика ещё не до конца понятна. Проводившиеся ранее работы применяли грубую поверхность, чтобы поймать плазмоны, тогда как AMRDEC возносит технологию на новый уровень путём прецизионного производства металлических поверхностей. Компьютерное моделирование используется с целью определить эффективную форму, а создаётся материал точным и выверенным сверлением микроскопических отверстий в металлической фольге лучом высокоэнергетических ионов. На изображении показан результат процесса, увеличенный в 20 тыс. раз. Каковы потенциальные сферы применения разработки? Прежде всего, востребованность в инновационных детекторах, фиксирующих бактерии и компоненты химического оружия. В отличие от собаки, устройство может указать на конкретное вещество. Другая возможность – определение взрывчатки на расстоянии – станет ловушкой для террористов и самоубийц. Также технология послужит в поиске запрещённых препаратов, загрязняющих воздух веществ и множестве иных задач. Сейчас команда AMRDEC, занята оценкой эффективности различных типов структур в качестве материалов для "захвата" плазмонов. Как только данная стадия будет пройдена, наступит черёд интеграции в сенсор. Возможно, это не так захватывающе, как устройство невидимости, но сверхчувствительный "нос" послужит спасению жизней.