Single-molecule study for a graphene-based nano-position sensor
在这项研究中，我们为纳米级石墨烯基基本标尺奠定了基础。它依赖于单量子发射体和低掺杂石墨烯单层之间的有效能量转移机制。我们的实验，进行二苯并三萘（DBT）分子，允许超越系综分析，由于发光体的光稳定性和亮度。的荧光衰减率修改的定量表征，并比较一个简单的模型，显示协议与$d^{-4}$的依赖，一个真正的表现与二维材料的偶极相互作用。使用DBT分子，我们可以在低于30 nm的范围内估计位置测量的潜在不确定性低至5 nm。
2014-07-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
What retards the response of graphene based gaseous sensor
由于石墨烯的单原子厚度，基于石墨烯的气体分子传感器应该是超灵敏和超快的，而响应并不快。通常，对于许多分子，例如CO、NH3、SO2、CO2和NO2等，测量的响应时间在分钟或更长的尺度上。在目前的工作中，我们通过\emph{ab initio}计算发现，存在大于0.7 eV的势垒，该势垒阻碍气体分子直接降落在石墨烯的缺陷位置并延迟响应。提出了一种有效的方法来解决这个问题，即用其他分子修饰石墨烯片以降低势垒，并通过用Fe2O3分子修饰的石墨烯片来证明，该石墨烯片显示出对H2S分子的快速响应，并且计算的响应时间接近于测量的响应时间，500 $μ$ s。
2019-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Emerging Ideas in Nanocantilever based Biological Sensors
在这篇综述文章中，我们专注于新兴的纳米悬臂梁为基础的生物传感器，并讨论了纳米悬臂梁对生物分子捕获的响应。文章引导读者通过各种操作模式（例如，静态或动态）以检测特性的变化（例如，质量、刚度和/或表面应力）。首先，我们解释了经典的线性谐振模式质量传感器和基于静态应力的传感器。然后通过基于分叉的质量传感器和基于机电耦合的Flexure-FET生物传感器的例子说明在非线性状态下操作悬臂的效果。我们相信，一类新的非线性传感器，其对生物分子捕获的非凡灵敏度，可能是低成本的护理点应用的潜在候选人。
2013-05-29 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.ins-det
Detection of Individual Gas Molecules Absorbed on Graphene
任何检测方法的最终愿望都是实现这样一种灵敏度水平，即可以分辨测量值的单个量子。在化学传感器的情况下，量子是一个原子或分子。迄今为止，这种分辨率超出了任何检测技术的范围，包括因其特殊灵敏度而受到赞誉的固态气体传感器。限制这种传感器的分辨率的根本原因是由于电荷和缺陷的热运动引起的波动，这导致固有噪声超过来自单个分子的所需信号，通常是许多数量级。在这里，我们表明，由石墨烯制成的微米级传感器能够检测气体分子附着到石墨烯表面或从石墨烯表面分离时的单个事件。吸附的分子逐个电子地改变石墨烯中的局部载流子浓度，这导致电阻的阶梯状变化。所实现的灵敏度是由于石墨烯是一种电子上非常低噪声的材料，这使得它不仅对于化学检测器而且对于需要对外部电荷、磁场或机械应变敏感的局部探针的其他应用而言是有希望的候选者。
2007-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Density of States (Gate) - Controlled Andreev Molecule and Sensor
本文提出一种门控安德烈耶夫分子，通过静电调谐态密度非局域增强临界电流，无需磁通控制，并扩展到多站点基塔耶夫链及单库珀对电荷传感器，用于拓扑量子比特的宇称读出。
2025-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Black Arsenic as an Optimum Gas Sensor: vdW Corrected Density Functional Theory Calculations
最近的实验表明，二维黑砷的合成具有优异的电子和输运性质的纳米器件应用。本文采用第一性原理密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了CO、CO2、NO、NO2和NH3五种气体分子在黑砷单层膜上的结构、电子、吸附强度、电荷转移和输运性质。我们的研究结果表明黑砷的最佳传感性能甚至可以超过石墨烯等其他2D材料。此外，我们注意到的最佳吸附位点的所有五种气体分子的黑砷和显着的电荷转移之间的气体分子和黑砷负责最佳的吸附强度。特别地，显著的电荷转移是目标气体分子和纳米级器件之间的相互作用足以产生电子输运性质的显著变化的标志。作为原理的证明，我们已经检查了模拟的纳米级器件对CO，CO2，NO，NO2和NH3气体分子的灵敏度，表明确实可以可靠地检测所有五种气体分子。因此，基于所有这些发现，例如对所有五种气体分子吸附的灵敏度和选择性，使黑砷成为一种有前途的材料，作为最佳的气体传感器纳米级器件。
2020-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Imaging Pauli repulsion in scanning tunneling microscopy
本研究在扫描隧道显微镜中搭载由单个D2分子构成的纳米力传感器与换能器，实现贵金属表面有机分子的超高分辨率成像，揭示其通过探测短程泡利排斥并转换为结电导变化的机制。
2010-08-02 cond-mat.mes-hall
A Mechanical Mass Sensor with Yoctogram Resolution
纳机电系统（NEMS）作为惯性质量传感器已经引起了相当大的兴趣。NEMS谐振器已被用于称重细胞，生物分子和气体分子，为生物和化学分析创造了许多新的可能性。最近，基于NEMS的质量传感器已被用作表面科学中的新工具，以研究例如纳米级物体上吸附原子的相变或扩散[5-7]。所有这些实验的关键点是分辨小质量的能力。在这里，我们报告的质量传感实验的分辨率为1.7 yg（1 yg = 10^-24 g），这相当于一个质子或一个氢原子的质量。该谐振器是由一个约150 nm长的碳纳米管谐振器在近2 GHz的振动。前所未有的灵敏度水平使我们能够检测萘分子（C10 H8）的吸附事件，并测量纳米管表面上的一个碳原子的结合能（131毫电子伏）。这些超灵敏的纳米管谐振器为质谱、磁力和吸附实验提供了新的机会。
2012-04-12 cond-mat.mes-hall
Enhancing the response of NH3 graphene-sensors by using devices with different graphene-substrate distances
石墨烯（G）是一种具有特殊传感特性的二维材料。通常，石墨烯气体传感器以场效应晶体管配置在几个衬底上生产。衬底对传感器特性的作用尚未完全确定。为了进一步了解氨分子（NH3）和石墨烯器件之间的相互作用，我们报告了NH3石墨烯传感器的实验和理论研究，石墨烯支撑在三个衬底上：SiO2，滑石和六方氮化硼（hBN）。我们的研究结果表明，从NH3到石墨烯的电荷转移不仅取决于外部参数，如温度和气体浓度，但也对石墨烯片和衬底之间的平均距离。我们发现，石墨烯和hBN晶体之间的平均距离是最小的三个基板中，和石墨烯-氨气传感器的基础上的G/hBN异质结构表现出最快的恢复时间为NH3暴露，并轻微受潮湿或干燥的空气环境。此外，石墨烯-氨传感器对不同基底的依赖性表明，石墨烯传感器对NH3分子表现出两种不同的吸附过程：一种在石墨烯表面的顶部，另一种在其靠近基底的底部。因此，我们的研究结果表明，衬底工程对石墨烯基气体传感器的开发至关重要，并为更快的传感器指明了其他途径。
2018-03-27 cond-mat.mes-hall
Atomic-scale imaging of a 27-nuclear-spin cluster using a single-spin quantum sensor
核磁共振（NMR）是测定分子和蛋白质结构的有力方法。虽然传统的NMR需要对大的集合进行平均，但单自旋量子传感器的最新进展已经创造了单个分子的磁成像的前景。作为实现这一目标的第一步，孤立的核自旋和自旋对已经被映射。然而，相互作用的自旋的大集群-例如在分子中发现的-导致高度复杂的光谱。成像这些复杂系统是一个突出的挑战，由于所需的高光谱分辨率和有效的空间重建亚埃精度。在这里，我们开发这样的原子级成像使用一个单一的氮空位（NV）中心作为量子传感器，并证明它的模型系统的$27$耦合$^{13}$ C核自旋的钻石。我们提出了一种新的多维光谱方法，隔离个别核核自旋相互作用的高光谱分辨率（$< 80\,$ mHz）和高精度（$2$ mHz）。我们发现，这些相互作用编码的组成和集群的互连性，并开发方法来提取的三维结构的集群与亚埃分辨率。我们的研究结果证明了对单个分子和其他复杂自旋系统的磁成像的关键能力。
2019-05-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Analytic modelling of Quantum Capacitance and Carrier Concentration for $β_{12}$-Borophene FET based Gas Sensor
本研究基于紧束缚方法的理论量子电容模型，分析了$β_{12}$-硼烯FET气体传感器在吸附NH$_3$、NO、NO$_2$和CO气体时的电子特性，发现其具有高灵敏度和强选择性，其中对NO气体最为敏感。
2023-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quadrupolar resonance spectroscopy of individual nuclei using a room-temperature quantum sensor
本研究利用金刚石中的NV中心量子传感器，在室温下实现了单个$^{14}$N原子核的NQR光谱分析，分辨出核间微小差异，发现新的哈密顿量项，并设计脉冲序列实现核态量子操控。
2025-01-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ac magnetic susceptibility of a molecular magnet submonolayer directly patterned onto a microSQUID sensor
我们报告的控制集成，通过蘸笔纳米光刻，单层点的铁蛋白为基础的CoO纳米粒子（12玻尔磁子）到最敏感的区域的microSQUID传感器。这些纳米磁体和microSQUID之间的接近最佳的通量耦合将可实现的灵敏度提高了100倍，使我们能够测量分子阵列的线性磁化率，直到非常低的温度（13 mK）。这种方法打开了应用交流磁化率实验来表征二维阵列的单分子磁体在很宽的温度和频率范围内的可能性。
2011-09-27 cond-mat.mes-hall
Screening-Limited Response of NanoBiosensors
尽管纳米级生物传感器在基因组学和蛋白质组学应用中对生物分子的高灵敏度电子检测具有巨大的潜力，但实验观察到的传感器响应（S）的许多方面在动力学响应或电筛选的一致理论框架内是无法解释的。本文结合Poisson-Boltzmann方程和反应扩散方程的解析解，研究了纳米生物传感器的电响应随目标分子浓度、时间、盐浓度的变化规律，并与传感器表面的分形维数成反比。我们的分析提供了一个连贯的理论解释各种各样的令人费解的实验数据，迄今为止，无视直观的解释。
2007-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Simulation of a model nanopore sensor: ion competition underlies device behavior
我们研究了一种模型纳米孔传感器，可以检测到非常低浓度的分析物分子的基础上的选择性结合的分析物分子的孔壁上的结合位点。结合的分析物离子在热力学竞争中部分取代电流载体阳离子。这种竞争取决于纳米孔的性质和竞争离子的浓度（通过它们的化学势）。由装置给出的输出信号是由分析物离子的存在引起的电流减小。分析物离子的浓度可以通过校准曲线确定。我们模型的结合位点与方阱电位和电解质作为带电的硬球在一个隐含的背景溶剂。我们研究了系统的混合方法，在该方法中，我们计算的离子通量与能斯特-普朗克（NP）方程耦合的局部平衡蒙特卡罗（LEMC）模拟技术。所得的NP+LEMC方法能够处理孔内的强离子相关性（包括有限大小的离子）和低至微摩尔的体积浓度。我们分析了体离子浓度，孔参数，结合位点参数，电解质性质，和电压的设备上的行为的效果。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Indirect quantum sensors: Improving the sensitivity in characterizing very weakly coupled spins
我们提出了一个方案，以增加灵敏度，从而检测体积的纳米级单分子磁共振成像。该提案旨在通过利用传感器耦合的长寿命辅助核自旋来超越传感器的T1限制检测。我们展示了这种核自旋如何接管传感器自旋的作用，保持检测的特征时间尺度在相同的顺序，但具有更长的寿命，使其能够检测到更大体积的样品，这是不可能的传感器单独。
2015-07-20 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Adaptive and Iterative Methods for Simulations of Nanopores with the PNP-Stokes Equations
TU Wien（维也纳工业大学）
本文提出了一种基于PNP-斯托克斯方程的3D有限元求解器，结合自适应网格细化方法，用于模拟纳米孔传感器内大分子动力学。
2016-08-18 cond-mat.mes-hall cs.NA math.NA
First-Principles Investigation of Multimodal Toxic Gas Sensing in Carbon-Tuned hBN-Graphene Alloys: Chemiresistive, Work-Function, and Optical Responses
本研究通过第一性原理计算，发现碳调控的hBN-石墨烯合金（BNGr-2和BNGr-3）对多种有毒气体具有化学电阻、功函数和光学多模式传感能力，其中BNGr-2对Cl2、CO、CO2、HCN传感性能最佳，且气体在425 K下可完全脱附。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
