Пятница 19 сентября 2025 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
Ученые предполагают, что Земля могла быть терраформирована инопланетянами Ученые предполагают, что Земля могла быть терраформирована инопланетянами Новая противоречивая научная работа потрясла академическое сообщество, предположив, что жизнь на Земле могла возникнуть не только естественным путём, но и стать результатом преднамеренного терраформирования, осуществляемого развитыми внеземными цивилизациями. Исследование, опубликованное…
Спутники обнаружили загадочные изменения в ядре Земли Спутники обнаружили загадочные изменения в ядре Земли Группа ученых обнаружила колоссальную геологическую аномалию — масштабное и загадочное изменение, произошедшее на глубине почти 2900 километров, прямо на границе между мантией и ядром Земли. Это событие заметно изменило гравитационное…
Фрагмент керамики возрастом 5000 лет с человеческим лицом обнаружен в Турции Фрагмент керамики возрастом 5000 лет с человеческим лицом обнаружен в Турции Археологи, работающие в центральной Турции, обнаружили замечательный фрагмент керамики с изображением человеческого лица, возраст которого составляет почти 5000 лет. Открытие, сделанное в ходе продолжающихся раскопок в Гёкхёюке, доисторическом кургане в…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над территорией России сбили четыре украинских БПЛА МО: за ночь над территорией России сбили четыре украинских БПЛА Силы ПВО уничтожили четыре украинских беспилотника над территорией Крыма за ночь. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены четыре украинских беспилотных…
Россия передала Украине 1000 тел погибших солдат ВСУ и получила 24 взамен Россия передала Украине 1000 тел погибших солдат ВСУ и получила 24 взамен Киев получил тысячу тел погибших военных, заявил РИА Новости источник в российской переговорной группе. "Россия передала Украине тысячу тел погибших солдат ВСУ, украинская сторона передала России 24 тела российских военнослужащих",…
Двух жителей Запорожской области приговорили к 15 и 16 годам за шпионаж в пользу ВСУ Двух жителей Запорожской области приговорили к 15 и 16 годам за шпионаж в пользу ВСУ Запорожский областной суд приговорил двух жителей региона к 16 и 15 годам лишения свободы за передачу Вооруженным силам Украины сведений о российской армии, в результате чего по объектам Минобороны РФ…
Тема дня
Дроны в Польше или Новый учебный год в Школе Провокаций Дроны в Польше или Новый учебный год в Школе Провокаций

В ночь на 10 сентября 2025 года НЛБ (неопознанные летающие беспилотники) пересекли границу Польши, и...

Фото
Ученые выяснили, как комар, переносящий желтую лихорадку, завоевал мир Ученые выяснили, как комар, переносящий желтую лихорадку, завоевал мир

Желтолихорадочный комар (Aedes aegypti) — одно из самых опасных насекомых в мире. Помимо жёлтой лихо...

Опрос

Когда закончится СВО?

 

Анекдот дня

Канцлер Германии Мерц вознамерился экономически истощить Россию, а для начала решил потренироваться на Германии.

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)".