Четверг 29 октября 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
Мощнейший зафиксированный космический взрыв длился 27 дней Мощнейший зафиксированный космический взрыв длился 27 дней Астрономы обнаружили удивительный гамма-всплеск (GRB), который по сравнению с другими подобными космическими взрывами представляет собой настоящий гигант. Особенность этого гамма-всплеска заключается в том, что его центральный двигатель оставался активным около…
Ученые считают, что черные дыры могут не только сливаться, но и разделяться Ученые считают, что черные дыры могут не только сливаться, но и разделяться Детекторы равитационных волн показали, что черные дыры часто сталкиваются, при этом сливаются, образуя более крупные черные дыры. Физики теперь исследовали, возможно ли обратное — расщепление одной черной дыры на две…
В диске обломков белого карлика обнаружены планеты-призраки  В диске обломков белого карлика обнаружены планеты-призраки  Конец жизни звезды может не означать конец существования окружающих её планет. Недавние открытия показали, что планеты могут формироваться заново или переживать драматический процесс превращения красного гиганта в белый карлик. В…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Пострадавший в Липецкой области и 531 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Пострадавший в Липецкой области и 531 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили 531 украинский беспилотник над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. В Липецкой области за медицинской помощью обратился один человек. Повреждения многоквартирных и…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ один человек погиб, четверо были ранены Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ один человек погиб, четверо были ранены Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области 140 раз за прошедшие сутки. В результате погиб мирный житель, еще четыре человека получили ранения, сообщил губернатор Александр Шуваев. "В Грайворонском округе в…
ФСБ России за два месяца выявила 126 подпольных оружейников ФСБ России за два месяца выявила 126 подпольных оружейников ФСБ выявила 126 подпольных оружейников в 53 регионах РФ, у них изъяли более 360 единиц огнестрельного оружия, прекращена деятельность 48 подпольных оружейных мастерских. Об этом сообщили в Центре общественных связей…
Тема дня
Звонок Стубба и Стере Путину расколол Европу Звонок Стубба и Стере Путину расколол Европу

«Вбил клин между партнерами», «европейские лидеры пришли в ярость» – телефонный разговор Владимира П...

Фото
Ученые обнаружили, что в Арктике существуют три различных климатических зоны Ученые обнаружили, что в Арктике существуют три различных климатических зоны

Новое исследование выявило три различных атмосферных зоны в Арктике, каждая из которых по-разному ре...

Опрос

Останется-ли Сербия дружественной России страной?

 

Анекдот дня

Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.

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)".