Суббота 15 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
В одной галактике обнаружены сразу три сверхмассивные черные дыры В одной галактике обнаружены сразу три сверхмассивные черные дыры Международная группа астрономов под руководством Института внеземной физики им. Макса Планка идентифицировала три активно аккрецирующие сверхмассивные черные дыры в галактике J0148-4214. Это черные дыры, в которые падает материя из окружающего…
Женщина, похороненная в XVII веке в Польше с серпом и замком, была приезжей Женщина, похороненная в XVII веке в Польше с серпом и замком, была приезжей Женщина, в могиле которой XVII века были обнаружены замок и серп, возможно, была приезжей. Местные жители, опасаясь этой женщины, также положили ей в рот еще один предмет. Как показывают новые…
Анализ ДНК выявил общество, организованное вокруг женщин в доримской Британии Анализ ДНК выявил общество, организованное вокруг женщин в доримской Британии Было проведено секвенирование ДНК более 500 человек железного века, похороненных на северо-востоке Англии в течение нескольких столетий до римского вторжения в Британию в 43 году нашей эры. Результаты показывают, что…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 598 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 598 украинских БПЛА Российские средства ПВО перехватили и уничтожили в течение ночи над регионами РФ, акваториями Азовского и Черного морей 598 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи…
Ковальчук: за сутки над Брянской областью уничтожили 287 украинских БПЛА Ковальчук: за сутки над Брянской областью уничтожили 287 украинских БПЛА Силы ПВО уничтожили 287 БПЛА самолетного типа Вооруженных сил Украины над территорией Брянской области за прошедшие сутки. Об этом сообщил врио губернатора региона Егор Ковальчук. "За прошедшие сутки над территорией…
Россиянина приговорили к 23 годам колонии строгого режима за шпионаж в пользу Польши Россиянина приговорили к 23 годам колонии строгого режима за шпионаж в пользу Польши Мосгорсуд приговорил к 23 годам лишения свободы за шпионаж в пользу польских спецслужб россиянина Георгия Пирогова, собиравшего данные о перспективных образцах вооружения, применяемого Россией в ходе СВО, добывая информацию о…
Тема дня
В миграционном цунами Сеуты виноват только Евросоюз В миграционном цунами Сеуты виноват только Евросоюз

Миграционный кризис в испанской Сеуте – а он развивается – вновь напомнил об одной из тяжелейших про...

Фото
Растительный мир горных районов Европы меняется неожиданным для ученых образом Растительный мир горных районов Европы меняется неожиданным для ученых образом

Европейские горные растения осваивают более теплые регионы, поскольку повышение температуры меняет в...

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)".