Четверг 06 августа 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 объяснили, почему люди раньше умерших хоронили дома, а потом перестали Ученые объяснили, почему люди раньше умерших хоронили дома, а потом перестали В далеком прошлом семьи хранили своих умерших дома. Они хоронили их под полом, рядом с очагами и стенами, а также во дворах, где работала семья. Сейчас так почти никто не…
В ДНК человека выявили гены двух вымерших предков В ДНК человека выявили гены двух вымерших предков В геноме современного человека хранятся данные и по отголоскам встреч с давно исчезнувшими ветвями развития цивилизации. В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, авторы рассказали об обнаружении в ДНК людей…
Древние овечьи зубы рассказывают о жизни в средневековом городе Казахстана Древние овечьи зубы рассказывают о жизни в средневековом городе Казахстана Для людей, живших вдоль Шелкового пути тысячу лет назад, овцы были стабильным источником пищи и дохода. Новое исследование показывает, как один средневековый город на территории современного Казахстана поддерживал здоровье своих…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Президент Путин провел перестановки в руководстве Минобороны и группировок войск Президент Путин провел перестановки в руководстве Минобороны и группировок войск Президент России Владимир Путин провел встречу с руководством Минобороны. Ее темой стало совершенствование структуры ведомства. Глава государства заявил, что все службы тыла МО РФ будут сосредоточены в одних руках, на…
Пострадавший, пожар в сортировочном центре Wildberries и 475 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Пострадавший, пожар в сортировочном центре Wildberries и 475 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили 475 украинских беспилотников над российскими регионами, а также акваториями Черного и Азовского морей, сообщили в Минобороны РФ. В Тульской области в…
Поражены логистические центры в Киеве и области. Что известно о новом ударе ВС России по целям на Украине Поражены логистические центры в Киеве и области. Что известно о новом ударе ВС России по целям на Украине ВС России ночью нанесли массированный удар по целям на Украине. Поражены транспортно-логистические и распределительные центры в Киеве и области, задействованные в доставке военных грузов, а также три сухогруза у Одессы,…
Тема дня
«Большая крокодила» из Израиля вскрывает проблему границ допустимого «Большая крокодила» из Израиля вскрывает проблему границ допустимого

Дискуссия о рве с крокодилами для охраны израильских тюрем – это пример того, как быстро мы двигаемс...

Фото
Nature: галактики действительно начинают вращаться еще до своего рождения Nature: галактики действительно начинают вращаться еще до своего рождения

Почему галактики вращаются? Этот вопрос мучает астрономов уже около 100 лет, с тех пор как было обна...

Опрос

Кто первый посягнет на западные регионы Украины?

 

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)".