Суббота 21 февраля 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
RS: продолжительность жизни современного человека может быть уникально долгой RS: продолжительность жизни современного человека может быть уникально долгой В новой препринтной статье представлен необычный подход к старому вопросу: не «Как долго жили древние люди?», а «Как долго они могли жить?». Используя эпигенетические «часы», считывающие возрастные изменения в метилировании…
PsyPost: Семь смертных грехов имеют биологические корни, утверждают учёные PsyPost: Семь смертных грехов имеют биологические корни, утверждают учёные Нейробиолог Эндрю Хуберман обсудил в подкасте Huberman Lab с профессором психологии Техасского университета в Остине Кэтрин Пейдж Харден биологические алгоритмы, что лежат в основе поведения человека. Основной темой было влияние…
Антарктика меняет климат Земли, нарушая стабильность океана и атмосферы Антарктика меняет климат Земли, нарушая стабильность океана и атмосферы Новая научная работа, итоги которой опубликованы в Journal of Climate, показала, каким образом потепление поверхности в Антарктическом регионе заметно снижает стабильность нижних слоев атмосферы. Это показал анализ изменений с 1950-х…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией сбили 77 украинских БПЛА МО: за ночь над Россией сбили 77 украинских БПЛА Силы ПВО в течение ночи уничтожили и перехватили 77 украинских БПЛА над регионами России, сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены 77 украинских…
Багин: в Удмуртии при атаке БПЛА пострадали 11 человек Багин: в Удмуртии при атаке БПЛА пострадали 11 человек При ночной атаке беспилотников ВСУ на Удмуртию пострадали 11 человек. Об этом сообщил министр здравоохранения республики Сергей Багин. "С травмами различной степени тяжести госпитализировано трое - два пациента в состоянии…
Верховный суд США признал введение пошлин Трампа превышением полномочий президента Верховный суд США признал введение пошлин Трампа превышением полномочий президента Верховный суд США признал превышением полномочий введение администрацией президента Дональда Трампа импортных пошлин против других стран под предлогом закона о чрезвычайном положении. Таким образом, Верховный суд поддержал вердикт нижестоящей инстанции.…
Тема дня
Европейские избиратели отказываются финансировать подготовку «войны с Россией» Европейские избиратели отказываются финансировать подготовку «войны с Россией»

Генералитет стран ЕС и Великобритании заявляет о необходимости «сложных решений», которые скажутся в...

Фото
CEE: Стало понятно, что погубило хоббитов 61 тысячу лет назад CEE: Стало понятно, что погубило хоббитов 61 тысячу лет назад

Специалистам международной группы исследователей с участием ученых из Университета Вуллонгонга удало...

Опрос

Получат ли США Гренландию?

 

Анекдот дня

Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!

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)".