Суббота 08 августа 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
Nature: галактики действительно начинают вращаться еще до своего рождения Nature: галактики действительно начинают вращаться еще до своего рождения Почему галактики вращаются? Этот вопрос мучает астрономов уже около 100 лет, с тех пор как было обнаружено, что туманные вращающиеся сгустки на ночном небе на самом деле являются спиральными галактиками,…
Осетр может прожить более 400 лет — намного дольше, чем считалось Осетр может прожить более 400 лет — намного дольше, чем считалось В Северной Америке обитает рыба, которая может вырасти до размеров самого высокого человека и иметь вес, равный его росту. Считалось, что эти озерные чудовища доживают до невероятного возраста — около…
Жизнь на Земле могла возникнуть из неживой материи сразу дважды Жизнь на Земле могла возникнуть из неживой материи сразу дважды Сам факт нашего существования — это череда удивительных случайностей, история которых насчитывает более 4 миллиардов лет. Одной из самых больших трудностей была самая первая: как жизнь возникла из первобытного бульона…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 397 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 397 украинских БПЛА Российские средства ПВО перехватили и уничтожили за ночь над регионами РФ и акваторией Азовского моря 397 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными силами…
ВС России ударили по предприятию военной промышленности и складу ГСМ в Киеве ВС России ударили по предприятию военной промышленности и складу ГСМ в Киеве Российские военные ночью нанесли групповой удар по предприятию военной промышленности и складу ГСМ в Киеве. Об этом сообщили в Минобороны России. "Сегодня ночью Вооруженными силами Российской Федерации нанесен групповой удар…
В России с 1 марта 2027 года банки будут отказывать в переводах при вредоносном ПО В России с 1 марта 2027 года банки будут отказывать в переводах при вредоносном ПО Российские банки с 1 марта 2027 года будут отказывать клиентам в переводе денег, если на их устройстве обнаружено вредоносное программное обеспечение (ПО), следует из Федерального закона № 210-ФЗ от 26…
Тема дня
Три исламских государства окончательно потеряли надежду на США Три исламских государства окончательно потеряли надежду на США

Турция, Пакистан и Саудовская Аравия создали совместный военный блок. Уже можно встретить термин «Ис...

Фото
Ветеринар объяснил, почему собаки наклоняют голову при взгляде на хозяина Ветеринар объяснил, почему собаки наклоняют голову при взгляде на хозяина

Момент, когда собака наклоняет голову, устремив взгляд на своего хозяина, мгновенно узнаваем. Владел...

Опрос

Кто первый посягнет на западные регионы Украины?

 

Анекдот дня

Ощущение, что кто-то просыпается и говорит: "Алиса, сделай ещё хуже."

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)".