Исследователи из Университета Цукубы успешно измерили электрические поля вблизи поверхностей двумерных слоистых материалов с фемтосекундным временным и нанометровым пространственным разрешением. Они использовали алмаз, содержащий азот-вакансионный центр (дефект кристаллической решётки), в качестве зонда в атомно-силовом микроскопе, что позволило достичь пространственной точности атомного масштаба.
Когда азот внедряется в качестве примеси в алмазный кристалл, отсутствие соседнего атома углерода образует азот-вакансионный (NV) центр. Применение электрического поля к алмазу, содержащему NV-центры, изменяет его показатель преломления — явление, известное как электрооптический (ЭО) эффект. Примечательно, что этот эффект не наблюдался в чистом алмазе.
В предыдущей работе исследовательская группа использовала фемтосекундный лазер для обнаружения колебаний кристаллической решётки в алмазе с высокой чувствительностью путём измерения ЭО-эффекта в алмазе высокой чистоты, содержащем NV-центры. Эти результаты показали, что алмаз может действовать как сверхбыстрый ЭО-кристалл и служить зондом — алмазным NV-зондом — для измерения электрических полей.
Для нового исследования, опубликованного в Nature Communications, учёные объединили сверхбыстрый ЭО-эффект алмазных NV-центров с атомно-силовой микроскопией, чтобы разработать пространственно-временной микроскоп, способный измерять динамику локальных электрических полей с фемтосекундным временным и нанометровым пространственным разрешением.
Используя этот подход, они успешно обнаружили электрические поля вблизи поверхности образца диселенида вольфрама (WSe₂) — двумерного слоистого материала — с временным и пространственным разрешением лучше 100 фс и 500 нм.
Благодаря чувствительности NV-центра к спиновым состояниям и тепловым флуктуациям этот алмазный зонд имеет потенциал не только для обнаружения электрических полей, но и для наномасштабного магнитного и теплового зондирования.
Предоставлено: [Университет Цукубы](https://phys.org/partners/university-of-tsukuba/)
Лазерные методы для быстрого обнаружения химического оружия и вредных бактерий
Исследователи из Умеоского университета и Шведского агентства оборонных исследований FOI разработали новые лазерные методы, которые могут быстро обнаруживать химическое оружие и вредные бактерии непосредственно на месте — без необходимости отправки образцов в лабораторию.
Опасные химические вещества могут принимать различные формы. Они могут быть загрязнителями в водоёмах, пестицидами в продуктах питания или синтетическими веществами, предназначенными для нанесения вреда, такими как наркотики или химическое оружие. Чтобы снизить риск попадания этих веществ в наш организм, крайне важно иметь возможность быстро и надёжно их обнаруживать.
Докторская диссертация из Умеоского университета показывает, как лазерный свет можно использовать для этой цели. «Все опасные химические вещества состоят из молекул со специфическими структурами и свойствами, которые делают их опасными. Когда эти химические вещества взаимодействуют со светом, например, от лазера, они излучают «отпечаток пальца» — световой сигнал, уникальный для этого конкретного химического вещества», — говорит Расмус Оберг, докторант кафедры физики и промышленной докторантуры Умеоского университета.
Используя эти отпечатки пальцев, Оберг разработал методы измерения, способные обнаруживать очень малые количества химических веществ. Эти методы могут быть применены, например, в зонах конфликтов или для мониторинга окружающей среды, чтобы обеспечить раннее предупреждение об опасности, которое позже может быть подтверждено с помощью более глубоких и трудоёмких лабораторных анализов.
Традиционные методы обнаружения опасных химических веществ часто были довольно непрактичными для использования вне лаборатории. С помощью портативных приборов и поверхностей, усиливающих световые сигналы от химических веществ, мы можем использовать эти методы в реальных условиях. Сотрудничество с FOI, имеющим большой опыт работы с опасными веществами, было неоценимо в этой работе, — говорит он.
Диссертация также показывает, что аналогичные методы могут быть использованы для обнаружения вредных бактерий и бактериальных спор. Это особенно ценно в таких областях, как пищевая промышленность и больницы, где проблема устойчивых к лекарствам бактерий является серьёзной.
«Биологические вещества часто сложнее обнаружить, но, выделяя характерные химические вещества из этих бактерий и бактериальных спор, мы можем идентифицировать даже относительно небольшие количества. Это интересное дополнение к установленным методам биологического обнаружения, таким как бактериальный посев и ПЦР», — говорит Оберг.
Исследователи надеются, что технология может быть дополнительно развита и применена в большем количестве контекстов, где быстрый и надёжный анализ имеет решающее значение. В долгосрочной перспективе методы могут помочь укрепить готовность и безопасность в таких областях, как охрана окружающей среды, оборона и общественное здравоохранение.
Предоставлено: [Умеоский университет](https://phys.org/partners/umea-university/)