Четверг 22 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
Глубоко под Мексиканским заливом произошел масштабный коллапс жизни Глубоко под Мексиканским заливом произошел масштабный коллапс жизни Под поверхностью Мексиканского залива жизнь вымирает. Менее чем за четыре года численность животных в том, что когда-то можно было назвать глубоководной экосистемой, сократилась на 60–85 процентов, что является явно неустойчивым…
Ученые выяснили, когда в истории маори наступил конец эпохи охотников на моа Ученые выяснили, когда в истории маори наступил конец эпохи охотников на моа Когда ранние общины маори в Новой Зеландии начали отказываться от охоты на гигантских птиц моа и все больше полагаться на рыболовство и прибрежные ресурсы? Новые исследования древнего поселения предполагают, что…
Вселенная, кажется, застыла на месте из-за странного квантового явления Вселенная, кажется, застыла на месте из-за странного квантового явления В основе фундаментальных законов физики существования лежит глубокая тревога: Вселенная может быть не настолько стабильной, как нам бы хотелось в идеале. Квантовая теория поля описывает невидимые квантовые поля, окружающие нас…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Одна из крупнейших атак на Москву и пострадавший в Липецке. Последствия налетов БПЛА на российские регионы Одна из крупнейших атак на Москву и пострадавший в Липецке. Последствия налетов БПЛА на российские регионы Два человека пострадали в Троицком административном округе Москвы в результате ночной атаки БПЛА. Кроме того, один человек пострадал при атаке атаки беспилотников в Липецке. Попытка атаки вражеских БПЛА на Москву,…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ пострадали три человека Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ пострадали три человека Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области 125 раз за сутки. В результате ранения получили три мирных жителя, сообщил губернатор Александр Шуваев в "Максе". "В Грайворонском, Губкинском и Шебекинском округах…
Поражены предприятия ВПК и транспортная инфраструктура в Киеве. Удар ВС РФ по объектам на Украине Поражены предприятия ВПК и транспортная инфраструктура в Киеве. Удар ВС РФ по объектам на Украине Российские войска в ходе массированного удара поразили предприятия военно-промышленного комплекса, объекты транспортной инфраструктуры в Киеве, а также портовую инфраструктуру в Одесской области. Об этом сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал…
Тема дня
Скандал с Киевом дал Сеулу повод для сближения с Москвой Скандал с Киевом дал Сеулу повод для сближения с Москвой

В российском МИД отмечают заинтересованность Южной Кореи в нормализации отношений с Россией. На фоне...

Фото
Ископаемые раннего кембрия переписывают генеалогическое древо морских звезд Ископаемые раннего кембрия переписывают генеалогическое древо морских звезд

Найденная в Китае окаменелость морского жука-землекопа возрастом 518 миллионов лет позволяет предпол...

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.

Популярные новости
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)".