Вторник 12 мая 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
Ученые выяснили, как кофеин меняет электрическую тормозную систему мозга Ученые выяснили, как кофеин меняет электрическую тормозную систему мозга Новое исследование показало, что потребление количества кофеина, эквивалентного двум чашкам кофе, усиливает способность мозга временно подавлять собственные двигательные сигналы в ответ на сенсорные раздражители. Результаты указывают на то, что повседневные…
Суточный ритм может показать, насколько быстро стареет организм Суточный ритм может показать, насколько быстро стареет организм Старение часто воспринимается как цифра на бумаге. Но наука постоянно показывает, что организм рассказывает совсем другую историю. Результаты нового исследования опубликованы в журнале JAMA Network Open. Два человека могут родиться…
Раскрыта тайна бронзовых рыб, найденных в гробницах древней столицы Китая Раскрыта тайна бронзовых рыб, найденных в гробницах древней столицы Китая Исследователи проанализировали 41 фрагмент в форме рыбы, найденный на археологическом участке Вэйцзяя в городе Баоцзи, и обнаружили, что они использовались в погребальных ритуалах, связанных с «Желтыми водами» загробной жизни. Международная…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Гладков: в Белгородской области из-за атаки БПЛА ВСУ пострадал человек Гладков: в Белгородской области из-за атаки БПЛА ВСУ пострадал человек Вооруженные силы Украины с помощью дрона атаковали легковой автомобиль в Шебекинском округе Белгородской области, в результате атаки ранен мужчина. Об этом в "Максе" написал глава региона Вячеслав Гладков. По словам…
Хинштейн: ВСУ за сутки 51 раз обстреляли из артиллерии Курскую область Хинштейн: ВСУ за сутки 51 раз обстреляли из артиллерии Курскую область Всего за прошедшие сутки над Курской областью сбито 20 украинских беспилотников различного типа, 51 раз ВСУ применили артиллерию по отселённым приграничным районам региона, погибших нет, сообщил губернатор Александр Хинштейн. "Сводка…
Святость Дня Победы, близость завершения СВО и переговорщик от ЕС. Заявления Путина Святость Дня Победы, близость завершения СВО и переговорщик от ЕС. Заявления Путина Президент РФ Владимир Путин заявил журналистам, что от Украины до сих пор не поступало никаких предложений по обмену военнопленными. При этом президент также выразил мнение, что в настоящий момент дело…
Тема дня
Японцы едут в Россию с оглядкой на Китай и США Японцы едут в Россию с оглядкой на Китай и США

«Токио стремится быть одним из первых, кто попытается восстановить свои позиции на российском рынке»...

Фото
Цветковые растения теряют важные ветви своей эволюционной истории Цветковые растения теряют важные ветви своей эволюционной истории

Для таких животных, как фиолетовая лягушка и карликовый трёхпалый ленивец, уже существуют природоохр...

Опрос

С каким чувством вы смотрите в будущее?

 

Анекдот дня

Кто виноват?

Что делать?

А зачем?

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)".