Понедельник 16 марта 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
Названо средство, заметно уменьшающее боль при эндометриозе Названо средство, заметно уменьшающее боль при эндометриозе Команда специалистов из Австралии и Новой Зеландии провела локальное пилотное исследование, позволившее сделать вывод, что продукты медицинского каннабиса способны облегчать боль и улучшать качество жизни при эндометриозе. Результаты работы опубликованы …
У омолаживающего препарата выявлено опасное побочное действие У омолаживающего препарата выявлено опасное побочное действие Группой исследователей из Токийского университета науки выявлен опасный эффект полиаминов. Эти вещества, включая спермидин, сейчас активно продвигаются в роли омолаживающих и способных продлевать жизнь. В норме эти молекулы действительно стимулируют…
Первое крупное вымирание на Земле оказалось хуже, чем считалось Первое крупное вымирание на Земле оказалось хуже, чем считалось Примерно 570 миллионов лет назад жизнь была ограничена морями. Крупные, причудливые беспозвоночные прикреплялись ко дну моря, их мясистые отростки собирали питательные вещества, которые проносились мимо. Эти странные формы жизни, известные…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами РФ сбили 170 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами РФ сбили 170 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 170 украинских БПЛА над регионами России, в том числе 20 летевших на Москву. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В период с 21:00 14 марта…
Хинштейн: за сутки ВСУ 33 раза обстреляли из артиллерии Курскую область  Хинштейн: за сутки ВСУ 33 раза обстреляли из артиллерии Курскую область  ВСУ атаковали с помощью 37 беспилотников территорию Курской области за прошедшие сутки, 33 раза применили артиллерию по отселенным районам. Об этом сообщил губернатор Александр Хинштейн. "С 09:00 14 марта до…
Гладков: ВСУ нанесли ракетный удар по Белгородской области Гладков: ВСУ нанесли ракетный удар по Белгородской области ВСУ нанесли массированный ракетный удар по Белгороду и Белгородскому округу, никто не пострадал. Повреждения получили объекты энергетической инфраструктуры, сообщил глава региона Вячеслав Гладков. "Белгород и Белгородский округ подверглись массированному ракетному…
Тема дня
Румыния активно затягивает Украину в приднестровский конфликт Румыния активно затягивает Украину в приднестровский конфликт

В пятницу Украина и Румыния заключили соглашение о стратегическом партнерстве. В нем заявляется о го...

Фото
После эпидемии чумы растительное разнообразие Европы резко сократилось После эпидемии чумы растительное разнообразие Европы резко сократилось

Исследователи обнаружили, что биоразнообразие растений в Европе резко сократилось в течение столетий...

Опрос

Как долго продлится операция США против Ирана?

 

Анекдот дня

Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!

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)".