Четверг 22 января 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
Самый продолжительный в мире лабораторный эксперимент длится почти 100 лет Самый продолжительный в мире лабораторный эксперимент длится почти 100 лет Иногда наука развивается мучительно медленно. Данные поступают понемногу, истина просачивается незаметно, а достоверность оказывается весьма зыбкой. Самый продолжительный в мире лабораторный эксперимент — это непрерывный процесс, требующий исключительного научного терпения.…
Черные дыры «качаются», выбрасывая вещество в виде ветров или струй Черные дыры «качаются», выбрасывая вещество в виде ветров или струй Сверхмассивные чёрные дыры (СМЧД), расположенные в центре многих галактик (от карликовых до массивных), представляют собой настоящую силу природы. Со временем пыль и газ из их окружения падают на них, образуя…
Полярные бури на Юпитере и Сатурне могут раскрыть то, что скрывается внутри Полярные бури на Юпитере и Сатурне могут раскрыть то, что скрывается внутри Две крупнейшие планеты Солнечной системы — Юпитер и Сатурн — имеют много общего. Они состоят из очень похожего вещества, вращаются с одинаковой скоростью и излучают внутреннее тепло аналогичным образом. Черт…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 31 украинский беспилотник МО: за ночь над регионами России сбили 31 украинский беспилотник Над регионами России за ночь уничтожили и перехватили 31 украинский беспилотник. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "С 23:00 21 января до 07:00 мск 22 января дежурные средства ПВО перехватили…
Москалькова: в Курской области после вторжения ВСУ в массовых захоронениях нашли 524 тела Москалькова: в Курской области после вторжения ВСУ в массовых захоронениях нашли 524 тела Тела 524 погибших в Курской области были найдены в местах массовых захоронений после вооруженного вторжения в регион ВСУ. Об этом сообщила уполномоченный по правам человека в РФ Татьяна Москалькова. "С…
Поддержка семей и бесперебойное обеспечение льготными лекарствами. Заявления Путина на совещании с правительством Поддержка семей и бесперебойное обеспечение льготными лекарствами. Заявления Путина на совещании с правительством Защитники Отечества должны быть уверены, что все вопросы социального характера как для них, так и для их близких, будут решаться эффективно, заявил глава государства Владимир Путин на совещании с правительством.…
Тема дня
Как канадские партизаны будут сражаться против США  Как канадские партизаны будут сражаться против США 

В Канаде стали появляться первые прикидки планов обороны на случай военного вторжения со стороны США...

Фото
Frontiers: Озвучен метод замедления старения иммунной системы Frontiers: Озвучен метод замедления старения иммунной системы

Повысить эффективность функционала иммунных клеток и снизить общий уровень воспаления в организме по...

Опрос

Присвоит ли в итоге Евросоюз замороженные российские активы?

 

Анекдот дня

Мне кажется, что Чебурашку и Буратино в новых российских фильмах рисовали дизайнеры АвтоВАЗа.

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)".