Воскресенье 03 мая 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
Стало понятно, почему кошки порой отказываются от корма Стало понятно, почему кошки порой отказываются от корма Группой исследователей из Университета Ивате в Японии проведён эксперимент, целью которого было выяснить, почему кошки отказывались от привычной для них пищу, даже если были голодны. Результатами эксперты поделились с изданием…
Редкая германская золотая брошь найдена в Дании спустя 1500 лет под землей Редкая германская золотая брошь найдена в Дании спустя 1500 лет под землей Обнаруженная в Дании золотая брошь возрастом 1500 лет превратила обычный сигнал металлоискателя в редкую возможность увидеть украшение элиты позднего германского железного века. Небольшой предмет, размером чуть более четырех сантиметров, был…
Скорпионы используют металлы для усиления жала и клешней Скорпионы используют металлы для усиления жала и клешней Арсенал скорпиона выглядит достаточно простым: пара хватательных клешней и ядовитое жало, изогнутое над головой. Но под поверхностью это оружие усилено металлами, каждый из которых имеет свой уникальный химический состав, сообщают…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 215 украинских беспилотников МО: за ночь над регионами России сбили 215 украинских беспилотников Средства ПВО РФ за минувшую ночь уничтожили 215 украинских беспилотников над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи в период с 20:00 мск 1 мая…
2 мая 2026 года исполняется 12 лет со дня трагедии в Одессе 2 мая 2026 года исполняется 12 лет со дня трагедии в Одессе В Одессе в марте — апреле 2014 года шли массовые акции против нелегитимного киевского режима. Сторонники разных политических взглядов, несогласные с госпереворотом, основали палаточный городок на Куликовом поле — площади…
В России в 2025 году вынесли 144 приговора секретоносителям за самовольный выезд за рубеж В России в 2025 году вынесли 144 приговора секретоносителям за самовольный выезд за рубеж Суды в России в минувшем году вынесли 144 приговора за самовольные поездки за рубеж россиян, имевших доступ к гостайне. Об этом сообщили в пресс-службе Верховного суда России, отвечая на запрос…
Тема дня
Госдеп США объявил ЕС войну в интернете Госдеп США объявил ЕС войну в интернете

Администрация президента США Дональда Трампа выделила полмиллиарда долларов на борьбу с цензурой в Е...

Фото
Ученые предложили новую причину гибели неандертальцев 40 000 лет назад Ученые предложили новую причину гибели неандертальцев 40 000 лет назад

Что же погубило неандертальцев? Было выдвинуто множество теорий, от изменения климата и болезней до ...

Опрос

С каким чувством вы смотрите в будущее?

 

Анекдот дня

Кто виноват?

Что делать?

А зачем?

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)".