Пятница 07 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
Горбатые киты исполняют разные части своих песен на разной глубине Горбатые киты исполняют разные части своих песен на разной глубине Самцы горбатых китов могут петь часами без перерыва, их песни разносятся на многие километры под водой во время зимнего брачного сезона. Исследователи десятилетиями изучали, как звучат эти песни. Однако до…
Ученые рассказали, как земные существа могли бы пережить конец света Ученые рассказали, как земные существа могли бы пережить конец света Человечество сталкивается со множеством трудностей, если хочет стать по-настоящему долгоживущим видом, способным выживать в течение длительного времени в будущем. Если нам или любому другому существу, которое придет после нас, удастся…
«Небольшое опорожнение кишечника» 540 млн лет назад вызвало эволюционный взрыв «Небольшое опорожнение кишечника» 540 млн лет назад вызвало эволюционный взрыв Если мы хотим понять, как планета может отреагировать на масштабные изменения окружающей среды, важно выяснить, что стало причиной этих масштабных изменений в прошлом. В поисках знаний недавно возник интересный вопрос:…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Возгорание на Wildberries в Екатеринбурге и 203 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Возгорание на Wildberries в Екатеринбурге и 203 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили 203 украинских беспилотника над российскими регионами, а также акваторией Черного моря, сообщили в Минобороны РФ. Из-за атаки БПЛА произошло возгорание на…
Участие НАТО в ударах по России. Что нашли российские хакеры в документах об атаках ВСУ Участие НАТО в ударах по России. Что нашли российские хакеры в документах об атаках ВСУ Российские хакеры получили документальное подтверждение непосредственного участия НАТО в ударах по территории РФ, говорится в документах, предоставленных ТАСС анонимными хакерами. Отмечается, что им удалось получить доступ к документам об ударах…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ пострадали 16 человек Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ пострадали 16 человек Вооруженные силы Украины атаковали Белгородскую область более 120 раз за прошедшие сутки, в результате ранены 16 мирных жителей. Об этом сообщил врио губернатора Белгородской области Александр Шуваев в "Максе". "За…
Тема дня
Зеленский переложил на Трампа ответственность за свои ошибки Зеленский переложил на Трампа ответственность за свои ошибки

Владимир Зеленский нашел виноватых в том, что жизнь на Украине стала гораздо сложнее и опаснее всего...

Фото
Увеличение объема визуальной информации позволило развиться мозгу приматов Увеличение объема визуальной информации позволило развиться мозгу приматов

Исследование опровергает преобладающую гипотезу об эволюции мозга у приматов и рассматривает зрение ...

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)".