Optiskt fingeravtryck kan avslöja luftföroreningar

– Det här öppnar nya möjligheter för att kunna påvisa olika typer av föroreningar. Till skillnad från dagens sensorer, som bygger på små förändringar i sensorns optiska egenskaper, är vår metod mer robust, säger Maja Feierabend, doktorand på Institutionen för fysik på Chalmers och huvudförfattare av den vetenskapliga artikeln från Chalmers och Technische Universität i Berlin.

Tillsammans med sin handledare, docent Ermin Malic, och doktor Gunnar Berghäuser, har hon utvecklat en helt ny typ av kemiska nanosensorer. De består av ultratunt nanomaterial som är extremt känsligt för förändringar i omgivningen. Om man belyser en sådan sensor kan man se ett så kallat optiskt fingeravtryck, som består av olika frekvenser av ljus. Beroende på vilken typ av gasmolekyler som finns i omgivningen förändras fingeravtrycket.

Chalmersforskarnas tar hjälp av mörka elektroniska tillstånd på nanosensorns yta för att påvisa gasmolekyler. När gasmolekyler finns i närheten av nanosensorn aktiveras dessa mörka elektroniska tillstånd och lyser upp. Därmed förändras det optiska fingeravtrycket helt och hållet och visar en ny kurva. Det går helt enkelt att se att molekylerna finns där. (Bild: Maja Feierabend och Ermin Malic)

Chalmersforskarnas metod bygger på att de tar hjälp av mörka elektroniska tillstånd på sensorns yta. När det finns molekyler i närheten aktiveras dessa mörka tillstånd och ytan lyser upp. Därmed förändras det optiska fingeravtrycket helt och hållet. Det går helt enkelt att se att molekylerna finns där.

– Vår metod har stor potential och banar väg för ultratunna, snabba, effektiva sensorer med hög precision. I framtiden hoppas vi att detta ska leda till högkänsliga och selektiva sensorer som kan användas inom miljöforskningen, säger Ermin Malic.

Forskarna har ansökt om patent för den nya sensormetoden. Nästa steg är att arbeta vidare med experiment för att kunna förverkliga den nya generationens kemiska sensorer.

Vetenskaplig artikel: Proposal for dark exciton based chemical sensors (Nature Communications)

För mer information:
Ermin Malic, docent, avdelningen för kondenserade materiens teori, Institutionen för fysik, Chalmers, 031-772 32 63, ermin.malic@chalmers.se
Maja Feierabend, doktorand, avdelningen för kondenserade materiens teori, Institutionen för fysik, Chalmers, 031-772 32 64, maja.feierabend@chalmers.se