Воскресенье 24 ноября 2024 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
Главное за сутки
МО: средства ПВО за ночь уничтожили один украинский БПЛА МО: средства ПВО за ночь уничтожили один украинский БПЛА Средства ПВО за ночь уничтожили один украинский беспилотный летательный аппарат над Крымом. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи пресечена попытка киевского режима совершить террористическую атаку с…
Потери ВСУ, заочный арест наемника и помощь пострадавшим: что известно о ситуации в Курской области Потери ВСУ, заочный арест наемника и помощь пострадавшим: что известно о ситуации в Курской области Потери Вооруженных сил Украины (ВСУ) за сутки на курском направлении составили 150 человек, сообщили в Минобороны России. Всего за время боевых действий противник потерял более 34 690 военнослужащих. Суд заочно…
«Орешник» на вооружении и новые разработки: что сказал Путин военным и оборонщикам «Орешник» на вооружении и новые разработки: что сказал Путин военным и оборонщикам Гиперзвуковые ракетные системы "Орешник", успешное боевое испытание которых состоялось накануне, официально приняты на вооружение ВС РФ. Об этом заявил президент России Владимир Путин на совещании с руководством Минобороны, ОПК и…
Интернет и СМИ
Читайте также
JCSM: озвучен простой способ снижения кровяного давления JCSM: озвучен простой способ снижения кровяного давления Ученым из британских Бристольского и Эксетерского университетов удалось установить, что для снижения давления поможет выполнение легких десятиминутных упражнений каждый час, что вы проводите в сидячем положении. Результатами исследования авторы поделились…
О проблемах с лёгкими или сердцем способен рассказать простой тест на пальцах О проблемах с лёгкими или сердцем способен рассказать простой тест на пальцах В журнале Pulse Healthcare британский специалист Ахмед раскрыл простой способ самостоятельной диагностики возможных заболеваний сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Метод заключается в несложной проверке состояния ногтей и их формы. Врач предлагает…
Древнейший известный алфавит обнаружен в древнем сирийском городе Древнейший известный алфавит обнаружен в древнем сирийском городе То, что, по-видимому, является доказательством существования древнейшей алфавитной письменности в истории человечества, высечено на глиняных цилиндрах длиной с палец, найденных в гробнице в Сирии группой исследователей из Университета Джонса Хопкинса.…
Тема дня
Трамп несет постсоветскому пространству войну и мир Трамп несет постсоветскому пространству войну и мир

Конечно, Трамп не отдаст России Украину на блюде. Любой товар (даже киевский чемодан без ручки) для ...

Фото
Nature: привычка пить кофе может существенно повлиять на состав биома кишечника Nature: привычка пить кофе может существенно повлиять на состав биома кишечника

Большая международная группа медицинских исследователей обнаружила, что у людей, которые регулярно п...

Опрос

Трамп на посту президента пообещал работать над прекращением всех войн в мире. Получится у Трампа остановить войны?

 

Анекдот дня

Когда-нибудь - это где-то между чуть попозже и никогда.

Еще »
Комментарии для сайта Cackle
Мы на одноклассниках
 

 

МЫ ВКОНТАКТЕ

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-83392 от 07.06.2022, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи,

информационных технологий и массовых коммуникаций. 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)".