Группа ученых из Вашингтонского университета под руководством Яна Ланя разработала детектор, способный распознавать на лету частицы размером меньше 100 нм. Это очень важно при оценке влияния наночастиц на окружающую среду и человеческое здоровье.

Новый детектор представляет собой улучшенную версию т.н. микрорезонатора «шепчущей галереи». Так называют устройства подобного типа по аналогии с галереей Собора Святого Павла в Лондоне: шепот, изданный под куполом собора у одной стены, будет прекрасно слышен у противоположной – несмотря на значительное расстояние. Это происходит из-за отражения звуковой волны достаточно высокой частоты от стен и купола с минимальными потерями энергии.

В таком детекторе лазерный луч распространяется по кольцевому волноводу, например стеклянному кольцу, отражаясь от границ волновода обратно внутрь – вплоть до полного поглощения. Если между частотой волны и размерами волновода есть определенная резонансная зависимость – мода шепчущей галереи, – затухание очень мало, и стоячая волна распространяется по кругу очень долго. Если на поверхности детектора находится частица, которую задевает внешний край световой волны, резонансная частота сдвигается, и по этому сдвигу можно судить о размерах частицы.

Группа Ланя создала схему, практически лишенную оптических изъянов. Микрорезонаторы вытравливались из слоев стекла на кремниевой подложке при помощи технологий, используемых в производстве микроэлектроники; для достижения ровной поверхности колец применялось поверхностное натяжение – заготовки разогревались лазером, и потекшее стекло само принимало форму совершенного тора.

Таким образом удалось добиться добротности порядка 100 млн – затухание в ней очень мало. Благодаря этому удалось использовать для обнаружения частиц явление расщепления моды.

Журнал «Российские нанотехнологии» № 1–2 2010 год.