Среда 14 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
В Греции обнаружена герметично запечатанная гробница с ложной дверью  В Греции обнаружена герметично запечатанная гробница с ложной дверью  Экстренное вмешательство на южном берегу ручья Рафина привело к открытию, имеющему первостепенное значение для понимания сложных погребальных обрядов и социальной организации самых ранних общин бронзового века в Аттике, Греция. Раскопки,…
Ученые нанесли на карту 16 рек на Марсе, текущих вопреки геологическим законам Ученые нанесли на карту 16 рек на Марсе, текущих вопреки геологическим законам На Марсе отсутствуют тектонические процессы, которые приводят в движение речные системы Земли, однако когда-то там существовали огромные водные потоки. Уже давно известно, что Марс когда-то был влажным миром. Но всегда…
В Стэнфорде нашли лекарство, способное восстанавливать разрушенный коленный хрящ В Стэнфорде нашли лекарство, способное восстанавливать разрушенный коленный хрящ Остеоартроз чаще всего развивается на фоне возрастного износа суставного хряща. Но иногда его диагностируют и в молодом возрасте, в частности, из-за больших нагрузок и травм у спортсменов. Но медицина сегодня…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: пострадавшие в Ельце и повреждения в Таганроге. Последствия атаки БПЛА МО: пострадавшие в Ельце и повреждения в Таганроге. Последствия атаки БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 11 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Два человека пострадали в результате атак БПЛА на Елец в Липецкой области. В Таганроге получили…
Трагедия в новокузнецком роддоме. Проводится проверка после смерти девяти младенцев Трагедия в новокузнецком роддоме. Проводится проверка после смерти девяти младенцев Проверки проводятся в роддоме в Новокузнецке Кемеровской области, где ранее появились сообщения о смерти младенцев. Об этом заявили журналистам в следственном управлении СК России по Кемеровской области и прокуратуре Кузбасса.…
ФСБ задержала 17-летнего жителя Мариуполя за работу на украинскую военную разведку  ФСБ задержала 17-летнего жителя Мариуполя за работу на украинскую военную разведку  Сотрудники ФСБ задержали по подозрению в госизмене 17-летнего жителя Мариуполя, собиравшего для военной разведки Украины данные о расположении воинских частей Вооруженных сил РФ. Об этом ТАСС сообщили в Центре общественных…
Тема дня
От чего зависит стойкость Кубы перед США От чего зависит стойкость Кубы перед США

Похоже, что следующей после Венесуэлы целью Соединенных Штатов становится еще одна страна Латинской ...

Фото
В Мексике обнаружен толсточерепой троодонтидский динозавр В Мексике обнаружен толсточерепой троодонтидский динозавр

Группа палеонтологов из Мексики и США идентифицировала новый вид птицеподобного динозавра с необычно...

Опрос

Присвоит ли в итоге Евросоюз замороженные российские активы?

 

Анекдот дня

- Тебе, наверное, больше сорока?

- С чего ты взял?

- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.

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)".