Пятница 13 ноября 2026 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
Читайте также
Астрономы объяснили, почему у стареющих звезд внезапно падает светимость Астрономы объяснили, почему у стареющих звезд внезапно падает светимость С точки зрения невооруженного глаза, звезды стабильны и предсказуемы. Ничего особенного не происходит, кроме свечения. Само Солнце довольно плоское и ничем не примечательное, и будет светить относительно стабильно миллиарды лет.…
Окаменелость из Германии показывает, когда совы стали вести ночной образ жизни Окаменелость из Германии показывает, когда совы стали вести ночной образ жизни Если и есть какая-то определяющая черта сов, то это, вероятно, их любовь к ночному образу жизни. Но, несмотря на их ночной образ жизни, мы удивительно мало знаем о том, когда…
Ученые наконец-то дали объяснение странному магнитному полю Урана Ученые наконец-то дали объяснение странному магнитному полю Урана Предполагаемые магнитные поля Урана и Нептуна могут быть следствием экстремальных условий в их недрах. Разгадка тайны магнитных полей этих миров открывает нам новые перспективы в изучении малоизвестных внутренних структур ледяных…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Погибшие в Волгограде и 1 198 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Погибшие в Волгограде и 1 198 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за прошедшую ночь перехватили и уничтожили 1 198 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Четыре сотрудника южной промзоны Волгограда погибли в результате атаки беспилотников на…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли три человека Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли три человека Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области свыше 150 раз за прошедшие сутки, в результате погибли три человека, среди которых ребенок, еще 14 мирных жителей получили ранения, сообщил губернатор региона…
В Ставрополе предотвратили террористический акт в торговом центре В Ставрополе предотвратили террористический акт в торговом центре Сотрудники ФСБ России задержали в Ставрополе уроженца одной из стран Центральной Азии, готовившего взрыв в торговом центре. Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России. "В Ставрополе пресечен…
Тема дня
Для мира на Украине США придется перевоспитать Европу Для мира на Украине США придется перевоспитать Европу

Страны Европы, которые долгое время находились на обочине переговорного процесса, могут получить мес...

Фото
Горные породы доказывают, что Земля начала самопереработку 2,6 млрд лет назад Горные породы доказывают, что Земля начала самопереработку 2,6 млрд лет назад

Сегодня поверхность Земли активно перерабатывает органические вещества: старая кора опускается обрат...

Опрос

Станет ли «операция в Алешках» началом чего-то большего?

 

Анекдот дня

Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.

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.

Популярные новости
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)".