Понедельник 03 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
Самая большая галактика во Вселенной оказалась намного больше, чем считалось Самая большая галактика во Вселенной оказалась намного больше, чем считалось В центре скопления галактик Abell 2029 находится огромная галактика, по форме напоминающая нечто среднее между эллипсом и спиралью. Её название — IC1101, и на её фоне галактики, подобные нашей, кажутся…
Уточнен круг загадочных «призрачных линий» гомининов, ставших нашими предками Уточнен круг загадочных «призрачных линий» гомининов, ставших нашими предками В геномах современных людей скрыты слабые следы неопознанных «призрачных» линий — древних гомининов, с которыми наши предки, должно быть, скрещивались в далеком прошлом. Теперь американские ученые определили, когда два из…
Ученые впервые изучили историю гигантского восточно-гималайского ледника Ученые впервые изучили историю гигантского восточно-гималайского ледника С помощью сверхчувствительных методов датирования реконструированы процессы подъема и спуска одного из самых низких ледников, когда-либо зафиксированных в высокогорных районах Азии. Исследование, проведенное под руководством Манчестерского университета, показало, что гигантский…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Погибшие в Крыму и пострадавшие во Владимирской области. Последствия атак БПЛА на российские регионы Погибшие в Крыму и пострадавшие во Владимирской области. Последствия атак БПЛА на российские регионы Средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили 131 украинский беспилотник над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Из-за атаки БПЛА возникло возгорание на логистическом объекте Wildberries во Владимирской области.…
Аксенов: в Крыму из-за атаки ВСУ погибли три человека Аксенов: в Крыму из-за атаки ВСУ погибли три человека Три человека погибли, еще двое получили ранения в Республике Крым в результате ночной атаки ВСУ, сообщил глава региона Сергей Аксенов. "Враг предпринял очередную ночную атаку на Республику Крым. К сожалению,…
ВС России поразили еще четыре сухогруза, используемые для снабжения ВСУ ВС России поразили еще четыре сухогруза, используемые для снабжения ВСУ Вооруженные силы РФ, продолжив удары по задействованной в интересах ВСУ транспортной инфраструктуре Украины, поразили четыре сухогруза. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение ночи Вооруженными силами Российской Федерации продолжено…
Тема дня
Европу шантажируют масштабным нашествием африканцев Европу шантажируют масштабным нашествием африканцев

Главное европейское событие уходящей недели – нашествие жителей Марокко на испанскую территорию. Дес...

Фото
Древние овечьи зубы рассказывают о жизни в средневековом городе Казахстана Древние овечьи зубы рассказывают о жизни в средневековом городе Казахстана

Для людей, живших вдоль Шелкового пути тысячу лет назад, овцы были стабильным источником пищи и дохо...

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)".