Суббота 12 июля 2025 года

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Наука» Ученые разработали сенсор, способный «учуять» взрывчатку по единственной молекуле


Ученые разработали сенсор, способный «учуять» взрывчатку по единственной молекуле

Понедельник, 15 Августа 2016 15:22

Физики из МФТИ доказали, что двумерная модификация углерода — графен — может стать идеальным материалом для создания плазмонных приборов, способных обнаружить взрывчатые, ядовитые и другие органические вещества по наличию даже одной молекулы, говорится в статье, опубликованной в Physical Review B.

 

Плазмоны

 

Ученых давно привлекают возможности плазмонов — квазичастиц, являющихся квантами плазменных колебаний, сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию Planet Today. В частном случае, когда мы говорим о плазмонах в твёрдом теле, речь идёт о колебаниях свободных электронов. Наибольший интерес вызывают эффекты, происходящие при взаимодействии электромагнитного излучения и плазмонов на поверхности вещества (как правило, это металлы и полуметаллы – в них большая концентрация свободных электронов). Использование этих эффектов позволит сделать прорыв в конструировании сверхточных электронных и оптических устройств. В частности, плазмонные эффекты приводят к возможности субволновой фокусировки электромагнитных волн, что улучшает чувствительность плазмонных устройств до уровня распознавания одиночной молекулы. Подобное невозможно с устройствами на основе классической оптики. Но плазмоны в металле очень быстро теряют энергию из-за омического сопротивления, для них требуется постоянная «подпитка». Эту проблему учёные пытаются решить, используя композитные материалы с заданной микроструктурой. Одним из таких материалов является графен.

 

Графен

 

Графен — двумерный кристалл, одна из аллотропных модификаций углерода. Его можно представить как плоскую «сетку», состоящую из ячеек-шестиугольников, в вершинах которых находятся атомы углерода. Впервые графен удалось получить выпускникам МФТИ Андрею Гейму и Константину Новоселову, за что им была присуждена Нобелевская премия по физике. Графен является полупроводником с чрезвычайно высокой подвижностью носителей. Он также имеет крайне высокую электропроводность, что открывает возможность создания транзисторов на основе графена.

 

Теория даёт добро

 

Прежде чем конструировать подобные устройства, необходимо проверить возможность реализации заложенных в них принципов. Это достигается численным решением соответствующих квантово-механических уравнений. Такое уравнение для графеновых устройств было сформулировано и решено группой учёных из лаборатории спектроскопии наноструктур под началом Юрия Лозовика. На основе полученного решения они разработали квантовую модель поведения плазмонов в графене. Результатом исследования стало описание режимов работы поверхностного плазмонного светодиода (СПЕД) и поверхностного плазмонного лазера (СПАЗЕР) с использованием графенового слоя. 

 

 

Схема СПАЗЕРа: шестиугольная сетка – графен, голубым обозначен слой диэлектрика, оранжевым – слой активной среды, через которую осуществляется оптическая накачка.

 

СПАЗЕР можно охарактеризовать как устройство, схожее по принципу работы с лазером, но в СПАЗЕРе оптические переходы в усиливающей среде генерируют поверхностный плазмон вместо обычной электромагнитной моды лазерного резонатора. СПЕД также для своей работы использует поверхностные плазмоны, но создаёт некогерентное излучение. Для работы СПЕД требуется значительно меньшая мощность накачки. Данные устройства будут работать в инфракрасном диапазоне, в котором проводится изучение биологических молекул.

 

«На основе графенового спазера можно создать компактные спектроскопические устройства, способные фиксировать даже одну молекулу вещества, а это, в свою очередь, принципиально важно во многих задачах. В частности, возможно обнаружение органических молекул по их характеристическим переходам (“отпечаткам пальцев”), которые как раз находятся в средней инфракрасной области, где работает спазер на основе графена», — говорит один из авторов статьи, сотрудник кафедры теоретической физики МФТИ Александр Дорофеенко. 

 
 

 
Волкова Алена Опубликовано в Наука   Теги Взрывчатка
Читайте также
Измерение массы ядра открывает новое магическое число протона Измерение массы ядра открывает новое магическое число протона В ядерной физике «магические числа» определяют определённое количество протонов или нейтронов, приводящее к образованию особенно стабильных ядер. Знание этих чисел помогает учёным лучше понять структуру ядра. Магические числа для стабильных,…
В Эмиратах научились вызывать дожди без вреда природе В Эмиратах научились вызывать дожди без вреда природе Учёные Объединенных Арабских Эмиратов презентовали новые достижения в области экологически безопасных технологий засева облаков для роста объёма осадков. О новом достижении рассказало издание ArabianBusiness. Последняя сессия серии вебинаров Rain Enhancement…
Древняя кость ленивца может изменить историю прибытия человека в Южную Америку Древняя кость ленивца может изменить историю прибытия человека в Южную Америку Новое открытие в Уругвае, возможно, отодвинуло самые ранние свидетельства присутствия человека в Южной Америке на тысячи лет назад. Учёные, изучающие пяточную кость гигантского ленивца возрастом 33 000 лет, обнаружили нечто,…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России уничтожили 155 украинских беспилотников МО: за ночь над регионами России уничтожили 155 украинских беспилотников Средства ПВО за ночь сбили 155 украинских беспилотников над регионами России, из них 11 - над Московским регионом, сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи, в период с 23:00…
Губернатор Миляев: при атаке беспилотников на Тульскую область погиб человек Губернатор Миляев: при атаке беспилотников на Тульскую область погиб человек Тульская область подверглась очередной атаке беспилотников, в результате один человек погиб, еще один получил ранения. Об этом в своем Telegram-канале сообщил губернатор Дмитрий Миляев. "К сожалению, один человек человек погиб,…
Захарова предложила Мерцу заплатить России за реставрацию картин Дрезденской галереи Захарова предложила Мерцу заплатить России за реставрацию картин Дрезденской галереи Официальный представитель МИД РФ Мария Захарова предложила канцлеру ФРГ Фридриху Мерцу оплатить восстановление советскими специалистами шедевров Дрезденской галереи. Так дипломат прокомментировала информацию о том, что канцлер Германии считает, что Россия…
Тема дня
Польша открыто назвала украинских националистов палачами Польша открыто назвала украинских националистов палачами

Президент Польши подписал закон, объявляющий 11 июля Днём памяти поляков – жертв геноцида, совершенн...

Фото
Ученые наконец-то расшифровали загадочную доисламскую письменность из Омана Ученые наконец-то расшифровали загадочную доисламскую письменность из Омана

На скальных поверхностях пещер и высохших русел рек оманской провинции Дофар сохранились письмена во...

Опрос

Какое время продлится напряженность в отношениях между Россией и Азербайджаном?

 

Анекдот дня

Когда телефон был привязан к стене, люди были свободны...

Еще »

Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.

КАК ЗАРАБОТАТЬ НА ИИ ЕСЛИ ТЫ НЕ ПРОГРАММИСТ?
ПРОФЕССИИ, КОТОРЫЕ ВЫМРУТ ЧЕРЕЗ 5 ЛЕТ И ЧТО С ЭТИМ ДЕЛАТЬ?
Интересные материалы
МЫ ВКОНТАКТЕ

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций

(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном

цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с

точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии

предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей

сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".