Сверхчувствительный сенсор поможет уловить малейшие примеси опасных газов в воздухе

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. Исключительная точка — это особое состояние, при котором взаимодействие света и оптической системы может привести к усиленному поглощению или отражению света. Ученые из МФТИ и Китая впервые показали возможность реализации исключительных точек высших порядков в открытых рассеивающих системах. Это позволило им разработать сверхчувствительный газовый сенсор, детектирующий даже малейшие изменения в составе газа.

«Мы ожидаем, что эта работа может привести к открытию новых физических явлений в неэрмитовой оптике и потенциальных приложений в области сенсорики»,— поделился Александр Шалин, главный научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.

Основная сложность состояла в том, чтобы получить согласованное взаимодействие световых волн, падающих с разных сторон. Физики решили эту задачу, применив материал с почти нулевым показателем преломления в качестве платформы для реализации необходимого волнового взаимодействия. На примере трехканальной оптической модели ученые получили три типа исключительных точек третьего порядка: лазерные, отражающие и поглощающие.

«Наша теоретическая модель показывает, что в принципе в открытых рассеивающих системах возможно получить исключительные точки произвольного порядка в зависимости от числа каналов»,— объяснил Александр Шалин.

На основе этой модели ученые предложили схему газового сенсора, преобразующего изменения в среде в электрическую энергию. Он работает на фиксированной частоте и улавливает даже низкие концентрации газов, что делает его перспективным для мониторинга воздуха или обнаружения опасных веществ.

Биофизики из МФТИ пролили свет на белковые взаимодействия Ученые из МФТИ разработали новый способ детекции белок-белковых взаимодействий в живых клетках. Полученный инструмент позволит исследовать межбелковые взаимодействия в анаэробных условиях и обеспеч… naked-science.ru

Новый сенсор очень чувствительный и особенно эффективен при обнаружении слабых сигналов. Это делает его идеальным для задач, где важна точность измерения. При этом он прост в использовании и не требует сложной настройки.

Ученые планируют дальнейшие разработки в этой области, а именно: экспериментальное подтверждение теоретических результатов и создание сенсоров, которыми можно управлять в режиме реального времени.

«Мы стремимся расширить исследование исключительных точек высших порядков на более общие рассеивающие системы, выходящие за рамки предложенной здесь модели, с целью разработки более универсальной теоретической основы»,— поделился планами Александр Шалин.

Это исследование заполняет фундаментальный пробел в неэрмитовой оптике, который может позволить сделать качественный скачок в создании новых технологий для сверхточного оптического анализа.

Исследование провел коллектив ученых из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, Центра совместных инноваций Сучжоуской нанотехнологической школы, Сучжоуского городского университета (Китай), Цзянсуского университета науки и технологий (Китай) и Нанкинского университета (Китай).

Центр фотоники и двумерных материалов МФТИ — это хаб инновационных исследований мирового уровня, где наука превращается в технологии и решения для бизнеса и общества. Центр основан в 2016 году и объединяет 10 лабораторий, ориентированных на опережающие исследования с применением в промышленности и высокотехнологичных отраслях, включая энергетику, нефтегазохимическую сферу, телекоммуникации, IT, медицину и другие индустрии.