Четверг 30 апреля 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   Теги Взрывчатка
Читайте также
The Conversation: Назван фактор, обеспечивающий людям «богатырский» сон The Conversation: Назван фактор, обеспечивающий людям «богатырский» сон Вариации гена, ответственного за регуляцию обмена химического соединения аденозина, и наследственные нюансы ментальной активности во сне могут определять, как крепко человек спит и часто ли просыпается. Об этом изданию The…
Воссоздан побег человека, спасавшегося от извержения Везувия с помощью ступки Воссоздан побег человека, спасавшегося от извержения Везувия с помощью ступки В ходе раскопок в некрополе Порта Стабия были обнаружены останки двух жертв извержения 79 года н.э. Один из них, взрослый человек, погиб под дождем лапилли, прикрывая голову терракотовым сосудом. Археологический…
Стало понятно, откуда взялись гигантские пятна под Африкой и океаном Стало понятно, откуда взялись гигантские пятна под Африкой и океаном Геологам удалось приблизиться к разгадке одного из самых таинственных явлений внутри Земли – гигантских аномалий, локализованных глубоко под Африкой и Тихим океаном. Они расположены на границе мантии и ядра на…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Пожар на промплощадке в Пермском крае и 98 БПЛА. Последствия атаки ВСУ на российские регионы Пожар на промплощадке в Пермском крае и 98 БПЛА. Последствия атаки ВСУ на российские регионы Силы ПВО за ночь сбили 98 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Пожар произошел на промышленной площадке в Пермском крае после прилета дрона ВСУ. ТАСС собрал основное…
Без военной техники. Минобороны раскрыло детали парада Победы Без военной техники. Минобороны раскрыло детали парада Победы Военный парад в ознаменование 81-й годовщины Победы в Великой Отечественной войне пройдет 9 мая на Красной площади в Москве, сообщили в Минобороны России. В ведомстве добавили, что суворовцы и нахимовцы,…
ФСБ РФ задержала россиянина, готовившего теракты в Крыму ФСБ РФ задержала россиянина, готовившего теракты в Крыму Сотрудники ФСБ задержали 49-летнего россиянина, готовившего по заданию спецслужб Украины теракт против руководителя одной из правоохранительных структур и диверсии на объектах газо- и электроснабжения. Об этом сообщили в Центре общественных…
Тема дня
Молдавские шпионы в итоге послужили интересам России Молдавские шпионы в итоге послужили интересам России

Масштабный обмен задержанными произошел между Россией и Белоруссией, с одной стороны, и рядом стран ...

Фото
Яма возрастом 7000 лет свидетельствует об охоте на бобров ради их шкур  Яма возрастом 7000 лет свидетельствует об охоте на бобров ради их шкур 

В контексте работ по строительству силового коридора в Зальцландкрайсе было обнаружено исключительно...

Опрос

Через месяц после начала войны в Иране на чьей стороне преимущество?

 

Анекдот дня

Кто виноват?

Что делать?

А зачем?

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.

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)".