Научная группа из Нидерландов создала сверхчувствительный датчик колебаний, который представляет собой крохотный микрофон. Технология может быть использована для разработки сверхчувствительного акустического микроскопа для мониторинга малых перемещений в химических или нанотехнологических системах.
Одна-единственная молекула может быть использована для того, чтобы засечь сверхмалые перемещения или механические колебания. Это предположение выдвинул Фабио Пистолези (Fabio Pistolesi) с коллегами из Университета Бордо. Суть идеи заключается в том, что электронные состояния молекулы-гостя, внедрённой в кристаллическую решётку — «хозяина», изменяются под воздействием последней. Если молекулы решётки становятся ближе друг к другу, например, вследствие её механической деформации, то взаимодействие между электронными облаками молекулы-гостя и решётки слегка изменяет электронные энергетические уровни молекулы. Этот сдвиг может быть зарегистрирован в виде изменений в частоте излучаемого света, когда электрон совершает переход из возбуждённого в основное состояние.
Чтобы детектировать этот сдвиг частоты, энергия перехода должна быть очень чёткой. Чтобы снизить размытие спектра из-за движений молекул кристалла, требуются очень низкие температуры. Михель Оррит (Michel Orrit) вместе с коллегами из лаборатории Гюйгенса — Камерлинг-Оннеса Лейденского университета в Нидерландах сконструировал систему, удовлетворяющую этим требованиям, что позволило воплотить идею французской команды на практике.
Группа Оррита использовала в качестве детектора молекулу дибензотеррилена (ДБТ), внедрённую в кристалл антрацена с достаточно низкой концентрацией — так, что каждая молекула ДБТ изолирована от прочих. Кристалл размером несколько сотен микрон наклеен на «камертон» из кварца, который может вибрировать под электронным управлением. Эти колебания периодически растягивают и сжимают кристаллическую решётку антрацена, вызывая такие же периодические изменения в окружении каждой молекулы ДБТ и, следовательно, в частоте её электронных переходов. В результате ожидалось изменение интенсивности флуоресценции, возбуждаемой лазером, с той же частотой, что и колебания «камертона»
Так как каждая молекула дибензотеррилена находится в уникальном окружении из-за несовершенства кристаллов антрацена, исследователи настраивали частоту лазера так, чтобы вызывать флуоресценцию только из одной молекулы. После включения вибрации учёные измерили излучение от одной молекулы. Когда они преобразовали полученные данные в график зависимости интенсивности от частоты, пик на значении частоты колебаний «камертона» показал, что одна-единственная молекула действительно способна детектировать периодические искажения в кристалле.
Вибрации сжимают и растягивают образец кристалла на несколько десятых нанометра, из чего следует, что локальные деформации, обнаруженные молекулой, составляли всего лишь 10−14 м, то есть несколько диаметров протона.
