Вторник 06 октября 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
Читайте также
Попугаи могут называть отдельных особей по имени Попугаи могут называть отдельных особей по имени Новое исследование показывает, что попугаи могут использовать имена, как и люди, демонстрируя признаки социального взаимопонимания и индивидуального признания. Результаты исследования были опубликованы в журнале PLOS One. В каждом человеческом языке…
Ученые обнаружили нейронную цепь в мозге, отвечающую за реакцию «сдаться» Ученые обнаружили нейронную цепь в мозге, отвечающую за реакцию «сдаться» Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature, непосредственно перед тем, как мышь отказывается от возможности получить награду, одна конкретная группа клеток мозга демонстрирует повышенную активность. Этот сигнал исходит из голубого…
Внеземная жизнь может проявляться в виде скоплений планет, а не отдельных миров Внеземная жизнь может проявляться в виде скоплений планет, а не отдельных миров Новое исследование предполагает, что внеземную жизнь может быть легче обнаружить по скоплениям похожих планет, чем по отдельным биосигнатурам. Результаты исследования были опубликованы в The Astrophysical Journal. Ранее считалось, что внеземная…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Пострадал водитель бензовоза. Последствия атак ВСУ на российские регионы Пострадал водитель бензовоза. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за прошедшую ночь перехватили и уничтожили 199 украинских беспилотников над российскими регионами, а также акваторией Черного моря. Об этом сообщили в Минобороны РФ. Водитель бензовоза пострадал в результате…
Поражена электроподстанция в Харьковской области. Удары ВС РФ по объектам на Украине Поражена электроподстанция в Харьковской области. Удары ВС РФ по объектам на Украине ВС России продолжают наносить удары по объектам энергетической, портовой инфраструктуры Украины и морским судам, используемым в интересах ВСУ, сообщили в Минобороны РФ. По данным ведомства, в результате были поражены электроподстанция…
Задержания за сбор данных для совершения терактов и приговор за диверсию на НПЗ. Главное Задержания за сбор данных для совершения терактов и приговор за диверсию на НПЗ. Главное Военный суд приговорил россиянина к 23 годам лишения свободы за диверсию на нефтеперерабатывающем предприятии в Самарской области, совершенную по заданию Главного управления разведки Украины. Об этом сообщили в Центре общественных…
Тема дня
Политический труп толкает Киев на новую эскалацию Политический труп толкает Киев на новую эскалацию

Канцлер Германии Фридрих Мерц в ходе воскресного визита в Киев заявил о планах расширить совместное ...

Фото
Земля и Марс родились из одной пыли, но выросли совершенно разными Земля и Марс родились из одной пыли, но выросли совершенно разными

Земля и Марс образовались по-разному, и доказательство этому заложено в их химическом составе. Новое...

Опрос

Останется-ли Сербия дружественной России страной?

 

Анекдот дня

Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!

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)".