Революційні трекові сенсори: новий метод виявлення мікрозабруднень

Міжнародна група вчених з України, Чехії, Словаччини та Ізраїлю здійснила прорив у розвитку трекових сенсорів, які здатні виявляти найменші концентрації сторонніх часток у складних середовищах. Дослідження, проведене фахівцями з різних наукових інституцій, демонструє унікальний підхід до моніторингу мікрозабруднень на рівні окремих іонних потоків.

Трекові сенсори являють собою складні наноструктуровані системи, створені шляхом іонної імплантації тонких діелектричних та напівпровідникових плівок. Принципова особливість таких сенсорів полягає в їхній здатності реєструвати мікроскопічні зміни в іонних струмах, що виникають внаслідок потрапляння сторонніх часток.

Команда дослідників, до складу якої входили Дітмар Фінк, Арнольд Ків, Тарас Кавецький та інші провідні науковці, використала передові комп'ютерні методи моделювання для вивчення механізмів проходження іонних потоків через наноканали. Вони виявили, що введення сторонньої частинки з відмінним зарядом призводить до характерних змін у кінетиці так званого «потоку носіїв» (ПН).

Ключовим відкриттям стало те, що при взаємодії сторонньої частинки з частинками основного потоку виникає специфічна збуджена область. Розмір та характеристики цієї області безпосередньо залежать від природи взаємодіючих часток. Зокрема, дослідники встановили, що зміна заряду сторонньої частинки призводить до появи негативного піку в кінетиці потоку носіїв.

Важливим параметром розробленого сенсора є його роздільна здатність, яка визначається часом життя збудженої області. Цей час безпосередньо пов'язаний з діаметром треку та структурою його стінок. Науковці довели, що можна цілеспрямовано впливати на роздільну здатність сенсора на різних етапах його виготовлення.

Експериментальне моделювання показало, що сенсор здатен виявляти сторонні частинки навіть при мінімальній відмінності їхніх характеристик від модельних часток. Зокрема, достатньо різниці в заряді або геометричних параметрах, щоб зафіксувати присутність домішки.

Практичне значення розробки надзвичайно широке. Такі сенсори можуть бути використані в різних галузях — від медичної діагностики до контролю якості складних технологічних середовищ. Вони дозволяють виявляти мікрозабруднення на надранніх стадіях, що має критичне значення для багатьох наукоємних виробництв.

Дослідження було підтримане грантами від Міністерства освіти і науки України, Національного дослідницького фонду України, словацьких наукових агентств та European Union в рамках проєктів MSCA4Ukraine та EURIZON.

Наукова робота демонструє потужність сучасних комп'ютерних методів моделювання та підтверджує важливість міждисциплінарного підходу в наукових дослідженнях. Розроблена технологія відкриває нові горизонти для вивчення складних наносистем та механізмів взаємодії часток на мікрорівні.