Несмотря на огромный потенциал такого уникального материала, как графен, практических приложений для него пока создано не очень много. Учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (Франция) совместно с исследователями Института фотонных исследований (Испания) сделали на основе графена сенсор. Этот сенсор обладает высокой чувствительностью, и его можно настроить на поиск определённого вида молекул.

В работе сенсора используется известный принцип инфракрасной атомно-абсорбционной спектроскопии. Этот метод позволяет изучать энергетические состояния квантовых систем путём исследования спектров поглощения электромагнитного излучения. Излучение непрерывного спектра пропускается через слой вещества, и часть его поглощается. При этом поглощаются волны с длинами, характерными для энергетических состояний исследуемого вещества.

Обычно для этого используется свет — но поскольку длина волны инфракрасного фотона составляет 6 микрометров, а молекулы имеют размеры в несколько нанометров, таким методом очень сложно обнаружить отдельные молекулы. Зато графен нужной геометрии способен фокусировать свет на нужном участке и улавливать соответствующие колебания молекулы, соединённой с ним.

«Вначале мы выстраиваем наноструктуры на поверхности графена, бомбардируя его электронами и вытравливая ионами кислорода,– поясняет Дэниель Родриго, соавтор работы. — В ответ на приходящий свет электроны в наноструктурах графена начинают колебаться. Этот эффект, называющийся локализованным поверхностным плазмонным резонансом, и позволяет концентрировать свет в небольших точках, сравнимых по размеру с нужными молекулами».

Более того, этот метод позволяет определить не только саму молекулу, но и состав связей между её атомами. Разные молекулы испускают отличающиеся наборы вибраций, каждая из которых характерна для определённых связей. Для этого графеновый датчик «настраивается» на эти колебания путём подачи на него электрического напряжения различной величины. В результате становится возможным получить полную информацию об исследуемой молекуле. Учёные тестировали этот метод на белковых молекулах и получили исчерпывающее описание их структур.

Такой датчик позволяет проводить сложный молекулярный анализ вещества при помощи всего лишь одного устройства. При этом он не разрушает исследуемый материал. Потенциал таких датчиков огромен — с его помощью можно исследовать не только белки, но и полимеры, и другие вещества.