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.
Популярный заменитель сахара вреден для сердца и мозга, показало исследование
Аспартам, распространённый заменитель сахара, при длительном приеме неблагоприятно влияет на функции внутренних органов, даже если его дозы незначительны. Это резюме из исследования международной команды ученых, изучивших последствия годового употребления аспартама…
Найден способ в разы увеличить эффективность борьбы с онкологией
Учеными Сеченовского университета разработана технология, позволяющая почти в 10 раз увеличить эффективность доставки противоопухолевых препаратов. Это новый способ загрузки лекарств в экзосомоподобные наночастицы. Раньше удавалось доставлять лишь 5–9 процентов действующего…
В результате странного взрыва звезды, возможно, была обнаружена суперкилонова
Группа исследователей из Калифорнийского технологического института, возможно, обнаружила первую в истории суперкилонову — космическое явление, при котором звезда взрывается дважды с разной интенсивностью. Результаты данного исследования опубликованы в журнале The…
МО: за ночь над регионами России уничтожили 172 украинских БПЛА
Средства ПВО за ночь уничтожили 172 украинских беспилотника над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Обломки БПЛА упали на территории предприятия в Тульской области, произошло возгорание. ТАСС собрал основное о…
В Москве двое полицейских погибли от взрыва при задержании неизвестного
Ночью на юге Москвы произошел взрыв. В результате погибли три человека, включая двоих полицейских. ТАСС собрал главное о происшествии. Взрыв произошел на Елецкой улице. В сообщении Следственного комитета отмечается, что…
Суд в Москве арестовал счета Чубайса по иску «Роснано»
Арбитражный суд Москвы наложил обеспечительный арест по иску "Роснано" на счета Анатолия Чубайса на общую сумму почти в 11,9 млрд рублей. Об этом сказано в тексте решения суда, с которым…
Вэнс разоблачил ложь Зеленского из лучших побуждений
Вице-президент США Джей Ди Вэнс раскрыл всему миру страшный секрет украинских властей о реальных пер...
Экзопланета, напоминающая «влажный лавовый шар», бросает вызов всем ожиданиям
Мир, покрытый расплавленной лавой и плотной оболочкой из испарившейся породы, может быть самым убеди...
- Тебе, наверное, больше сорока?
- С чего ты взял?
- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.
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.
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)".