Вторник 01 сентября 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
Читайте также
Обнаружен новый вид рыб, обитающих под землей: они бесцветны, слепы и без ребер Обнаружен новый вид рыб, обитающих под землей: они бесцветны, слепы и без ребер Слепая, бесцветная рыба, выловленная из колодца в Индии, представляет собой новый род: первый вид рыб, когда-либо обнаруженный обитающим исключительно под землей. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале ZooKeys. Слепая,…
«Хоббиты» гораздо больше были похожи на людей, чем считалось ранее «Хоббиты» гораздо больше были похожи на людей, чем считалось ранее Согласно новому исследованию тазовых костей Homo floresiensis, таз этого вида оказался более похожим на человеческий, чем предполагалось в более ранних исследованиях. Это открытие дополняет информацию о том, как ходили эти…
Золотое кольцо возрастом 2000 лет с надписью на языке брахми найдено в Таиланде Золотое кольцо возрастом 2000 лет с надписью на языке брахми найдено в Таиланде Найденное в Таиланде золотое кольцо возрастом 2000 лет украшено древней надписью на языке брахми: «пусаракхитаса». Эксперты переводят её как «тот, которого защищает Пушья». Официальная информация о ходе раскопок была опубликована…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Режим ЧС в Новокуйбышевске и 516 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Режим ЧС в Новокуйбышевске и 516 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили 516 украинских беспилотников над российскими регионами, а также акваторией Черного моря, сообщили в Минобороны РФ. Атака дронов ВСУ привела к повреждениям на…
Мирошник: за неделю 53 жителя России погибли от ударов ВСУ, 330 были ранены Мирошник: за неделю 53 жителя России погибли от ударов ВСУ, 330 были ранены Более 50 жителей субъектов РФ, в их числе 7 детей, на минувшей неделе погибли от ударов со стороны Вооруженных сил Украины, свыше 330 человек, включая 38 несовершеннолетних, травмированы. Об этом…
Поражены предприятия ВПК в Киеве и инфраструктура в портах. Массированный удар ВС РФ по объектам на Украине Поражены предприятия ВПК в Киеве и инфраструктура в портах. Массированный удар ВС РФ по объектам на Украине Российские войска в ходе массированного удара высокоточным оружием поразили предприятия военно-промышленного и топливно-энергетического комплексов в Киеве и Киевской области, сообщили в Минобороны РФ. Кроме того, поражены объекты инфраструктуры в Одессе…
Тема дня
Почему исландцы отказались от Евросоюза Почему исландцы отказались от Евросоюза

Чувствительное политическое поражение нанесено и Брюсселю, и самой идее Евросоюза как «цветущего сад...

Фото
В канадском озере появился таинственный остров В канадском озере появился таинственный остров

В канадском озере Уиллистон был замечен плавучий остров, поросший зелеными, здоровыми на вид деревья...

Опрос

Доживет ли Украина до своего 40-летнего юбилея?

 

Анекдот дня

Что можно ждать от поколения, представители которого способны произнести фразу: «Я ТАКОЕ мороженое не люблю».

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)".