Четверг 18 декабря 2025 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
Почему мы злимся, когда голодные, показало исследование Почему мы злимся, когда голодные, показало исследование Исследователям удалось прийти к пересмотру привычного объяснения «злости от голода». Оказалось, что «виновник» - не столько снижение сахара в крови, сколько деятельность мозга, осознающего и интерпретирующего сигналы голода. К эксперименту…
Обнаружена планета Татуин, вращающаяся вокруг звёздной системы с двумя Солнцами Обнаружена планета Татуин, вращающаяся вокруг звёздной системы с двумя Солнцами Группа астрономов из Северо-Западного университета смогла получить прямое изображение экзопланеты, вращающейся вокруг двойной звездной системы, — открытие чрезвычайной редкости, которое бросает вызов существующим представлениям о динамике таких систем. Планета, масса…
JCI: Популярные препараты могут вызывать боли в мышцах JCI: Популярные препараты могут вызывать боли в мышцах Группа ученых из Колумбийского университета обнаружила, что статины порой становятся источником боли в мышцах из-за попадания кальция в клетки. Результаты исследования обнародованы в Journal of Clinical Investigation (JCI). Статины часто…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России уничтожили 94 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России уничтожили 94 украинских БПЛА Российские средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили 94 украинских БПЛА над регионами России и акваториями Азовского и Черного морей. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение…
Верховный суд России обобщит практику пересмотра сделок с недвижимостью с учетом «дела Долиной» Верховный суд России обобщит практику пересмотра сделок с недвижимостью с учетом «дела Долиной» Верховный суд РФ по поручению его председателя Игоря Краснова готовит обзор практики по пересмотру сделок с недвижимостью с учетом вердикта по иску Полины Лурье к Ларисе Долиной. Об этом сообщили…
В Сочи задержали отца и дочь, собиравших данные о ВС России и планировавших уехать воевать за Украину В Сочи задержали отца и дочь, собиравших данные о ВС России и планировавших уехать воевать за Украину Российские и абхазские силовики задержали в Сочи отца и дочь, собиравших информацию о ВС РФ и планировавших уехать воевать за Украину, сообщает ЦОС ФСБ. "Федеральной службой безопасности Российской Федерации совместно…
Тема дня
Элиты Евросоюза старательно имитируют войну с Россией Элиты Евросоюза старательно имитируют войну с Россией

В Европе постановка индивидуального разума каждой из стран под контроль коллективного интереса ведет...

Фото
Древние роющие пчелы устраивали свои гнезда в зубах и позвонках мертвых грызунов Древние роющие пчелы устраивали свои гнезда в зубах и позвонках мертвых грызунов

Согласно новому исследованию ископаемых, более 5000 лет назад роющие пчелы устраивали свои жилища вн...

Опрос

Что вы ждете от обсуждаемого сейчас плана Трампа по урегулированию украинского конфликта?

 

Анекдот дня

- Тебе, наверное, больше сорока?

- С чего ты взял?

- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.

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)".