科学家发现最小尺度的超级传感器

包括能源部橡树岭国家实验室研究人员在内的一个团队对旧方法进行了新的改造，以迄今为止记录的最小数量检测材料

研究结果可能会增强安全技术，并有助于量子传感器的发展

这项发表在《纳米快报》上的研究利用塞贝克效应（两个世纪前发现的一种热电现象）来识别通过attogram测量的分子的热和光特征；一克的五分之一，或比一美元纸币轻1018倍。最重的重量约为52阿图，最轻的约为40阿图

ORNL研究科学家、该研究的合著者Ali Passian说：“这基本上是第一次有人报告在普通条件下检测到这种小材料的光谱信号。”

“这项技术本身并不新鲜。但探索传感的物理原理并提出正确的问题是关键。这一发现可能为广泛部署廉价、可靠和准确的传感器铺平道路，用于各种用途。”

Passian与布法罗大学的同事科学家赵、Patatri Chakraborty和Thomas Thundat合作进行了这项研究

以德国物理学家托马斯·塞贝克命名的塞贝克效应描述了由两个不同的电导体（如两条由不同金属制成的电线）组成的电路在受热时产生的温差所产生的电压

研究团队依靠一种硅微悬臂梁探针，类似于老式录音机上的显微镜版本的针头，该探针通过创建这样的电路并使用激光发出的红外光来刺激所研究材料的分子并产生热量，从而利用塞贝克效应

通过使探针与极少量的材料接触，该团队从光谱信号和温差变化中反向工作，以准确识别和计算存在的材料的量：三硝基甲苯，更广为人知的是爆炸性TNT，和甲基膦酸二甲酯，一种用于阻燃剂和化学武器的化合物

“这是一个非常简单的系统，工作得出奇地好，”Passian说。“探针有一个尖锐的尖端，我们将其靠近表面，然后将红外光照射在上面。我们只产生了少量的热量，这个探针就能够读取它。我们非常兴奋地发现，我们可以以如此无创的方式如此可靠地检测到如此少的材料。”

该探针已用于纳米级成像；比attogram大大约九个数量级&mdash；但Passian和他的团队是第一个在如此小的规模上使用这种方法进行光谱学的人

“想想一枚小硬币，”Passian说。“现在把硬币缩小一百万倍左右。这与探针的大小相当。我们以一种新的方式使用探针，即测量热和光，而不是捕捉图像，事实证明它比我们预期的更有用。我相信我们可以进一步提高检测限值。”

探针的灵敏度和相对较低的成本；几百美元就可以制造数千个；为广泛的应用开辟了可能性

Passian说：“每个人都想要便宜、小巧、快速、简单但又高度准确的传感器。”。“这个系统符合所有这些标准。因为它太小了，不需要很多笨重的机器，我们可以在一个表面上安装数百或数千个这样的探测器。这使得该系统非常适合紧凑的空间，如机场的安全检查站或采矿等地下应用。”

该团队计划测试探测器，以检测更小的数量。研究结果可以支持量子传感器的构建，该传感器将利用量子物理定律在单个原子的水平上进行传感

Passian说：“在某些情况下，即使对这个传感器来说，材料的量也会太少。”。“下一步将是量子测量。我们希望这项技术能帮助我们实现这一目标。”