Суббота 03 октября 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
Смертельная чума 1820 года на Майорке могла распространиться и без участия крыс Смертельная чума 1820 года на Майорке могла распространиться и без участия крыс Чума на Майорке в 1820 году унесла тысячи жизней, но новые модели показывают, что крысы вряд ли были основной причиной распространения болезни. Полная версия исследования была опубликована в журнале Proceedings…
Дно океанов оказывает удивительно сильное влияние на климат Дно океанов оказывает удивительно сильное влияние на климат Сама форма океанского дна способна поддерживать основные океанские течения и климатические модели, даже в смоделированной Земле, где практически нет суши. Результаты исследования опубликованы в журнале Ocean-Land-Atmosphere Research. Если убрать почти…
AHB: Homo erectus обитал в Южной Африке раньше, чем считалось ранее AHB: Homo erectus обитал в Южной Африке раньше, чем считалось ранее Новая коллекция ископаемых из главного карьера Дримолен в Южной Африке подтверждает раннее появление Homo erectus и прослеживает изменения в Paranthropus robustus. Исследователи из Университета Ла Троб и партнерских учреждений изучили…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 218 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 218 украинских БПЛА Российские средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили 218 украинских БПЛА над регионами РФ, акваториями Азовского и Черного морей. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи…
Шуваев: в Белгородской области при ударах ВСУ погиб человек Шуваев: в Белгородской области при ударах ВСУ погиб человек В Белгородской области за минувшие сутки были атакованы 12 муниципалитетов, ВСУ ударили по ним 135 раз, один человек погиб, двое пострадали. Об этом сообщил губернатор Александр Шуваев в "Максе". "За…
Погибший и раненые. Нападение заключенного на сотрудников ФСИН в ходе этапирования в поезде Погибший и раненые. Нападение заключенного на сотрудников ФСИН в ходе этапирования в поезде В ходе этапирования в поезде Владикавказ - Адлер один из конвоируемых напал на сотрудников ФСИН. Один сотрудник погиб, трое ранены. Информация о бунте заключенных не подтвердилась. ТАСС собрал основное о…
Тема дня
Приписываемое Нетаньяху злодеяние шокирует даже сам Израиль Приписываемое Нетаньяху злодеяние шокирует даже сам Израиль

Премьер-министр Израиля Биньямин Нетаньяху попал под перекрестный огонь обвинений в преступлении, ко...

Фото
Магнитное поле Земли влияет на обнаружение гроз Магнитное поле Земли влияет на обнаружение гроз

Космические лучи позволяют телескопу считывать грозовые явления с поверхности Земли, а магнитное пол...

Опрос

Останется-ли Сербия дружественной России страной?

 

Анекдот дня

Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!

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)".