Вторник 21 июля 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   Теги Взрывчатка
Читайте также
Ученые разгадали 40-летнюю загадку объекта, возвышающегося над Млечным путем Ученые разгадали 40-летнюю загадку объекта, возвышающегося над Млечным путем На протяжении четырех десятилетий астрономы ломали голову над гигантской петлей, которая, по-видимому, разрастается из центра Млечного пути. Известная как центральная доля Галактики (GCL), эта структура объясняется самыми разными причинами: от…
Астрономы наконец-то нашли объяснение вековой загадке звёздного неба Астрономы наконец-то нашли объяснение вековой загадке звёздного неба Более века астрономы ломают голову над странным несоответствием в исторических данных. Тета Эридани, скромная звезда в созвездии Эридана, является третьей по яркости звездой в своем созвездии, ее звездная величина составляет…
Городские голуби живут бок о бок с людьми уже 3500 лет Городские голуби живут бок о бок с людьми уже 3500 лет Новое исследование показало, что жители Кипра разводили и кормили голубей около 3500 лет назад. Они относились к диким сизым голубям, которые сегодня являются городскими птицами, как к животным, находящимся под…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Попадание в многоквартирный дом во Владимире и 209 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Попадание в многоквартирный дом во Владимире и 209 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 209 украинских беспилотников над российскими регионами, а также акваториями Азовского и Черного морей, сообщили в Минобороны РФ. Пожар возник в результате попадания беспилотного…
Мирошник: 69 жителей России погибли от ударов ВСУ за неделю, 364 получили ранения Мирошник: 69 жителей России погибли от ударов ВСУ за неделю, 364 получили ранения Почти 70 мирных жителей РФ, включая двоих детей, погибли за неделю от ударов со стороны Вооруженных сил Украины (ВСУ), более 360 человек, в том числе 12 несовершеннолетних, получили ранения. Об…
ФСБ России предотвратила теракт на крупном предприятии на Урале ФСБ России предотвратила теракт на крупном предприятии на Урале Сотрудники ФСБ предотвратили теракт спецслужб Украины на одном из крупных промышленных предприятий на Урале. Готовивший теракт 60-летний житель Тюмени ликвидирован при оказании вооруженного сопротивления, сообщили в Центре общественных связей (ЦОС)…
Тема дня
Можно ли разорвать ядерное кольцо вокруг России Можно ли разорвать ядерное кольцо вокруг России

Вместо трех стран НАТО, юридически и фактически обладающих ядерным оружием, есть еще пять с американ...

Фото
Старейшие метательные копья в Андах предназначались для охоты на предков лам Старейшие метательные копья в Андах предназначались для охоты на предков лам

Около 5000 лет назад древние охотники-собиратели в Чили использовали метательное копье (атлатль) для...

Опрос

Как вы оцениваете риск возникновения военного конфликта в Молдавии и Приднестровье?

 

Анекдот дня

Ощущение, что кто-то просыпается и говорит: "Алиса, сделай ещё хуже."

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)".