Среда 20 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
Почему почти все люди правши, пояснили учёные Почему почти все люди правши, пояснили учёные В среде приматов люди остаются единственными существами, у которых предпочтение одной руки распространено почти на всю популяцию. Новое исследование, организованное специалистами Оксфорда и опубликованное в журнале PLOS Biology, увязывает это…
Лошадей одомашнили намного раньше, чем считалось Лошадей одомашнили намного раньше, чем считалось Лошадях использовали для передвижения, для участия в войнах и различных работах гораздо раньше, чем предполагали эксперты. Новые изыскания отодвинули общепризнанную дату начала применения лошадей человеком до IV тысячелетия до нашей…
Древняя рифовая система у берегов Австралии могла изменить жизнь в океане Древняя рифовая система у берегов Австралии могла изменить жизнь в океане Северо-западное побережье Австралии никогда не входило в число мест, которые ученые-рифоводы изучают в первую очередь. Рифы там небольшие, труднодоступные и часто остаются без внимания. Новые исследования показывают, что эти незамеченные…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Попадание в промобъект в Ярославле и уничтожение 315 украинских БПЛА. Последствия атаки на регионы Попадание в промобъект в Ярославле и уничтожение 315 украинских БПЛА. Последствия атаки на регионы Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над российскими регионами 315 украинских беспилотников, сообщили в Минобороны РФ. В Ярославле обломки сбитых БПЛА попали в промышленный объект. Перекрывалось движение из города…
ВС России проводят учения по применению ядерных сил ВС России проводят учения по применению ядерных сил ВС России в период с 19 по 21 мая проводят учения по подготовке и применению ядерных сил в условиях угрозы агрессии. Как сообщили в Минобороны РФ, к учениям привлекут более…
Путин выступил с видеообращением в преддверии визита в Китай. Главные заявления Путин выступил с видеообращением в преддверии визита в Китай. Главные заявления Отношения Москвы и Пекина достигли беспрецедентного уровня, это выражается в том числе в готовности оказывать друг другу поддержку по ключевым вопросам, включая защиту суверенитета. Об этом заявил президент России Владимир…
Тема дня
Россия с Китаем готовят энергетический прорыв Россия с Китаем готовят энергетический прорыв

Владимир Путин начинает двухдневный визит в Китай. Москва и Пекин готовят к подписанию около 40 согл...

Фото
Исследование показало, что 80% рек Земли быстро теряют кислород Исследование показало, что 80% рек Земли быстро теряют кислород

Уровень кислорода снизился почти в 80 процентах рек по всему миру, и они будут продолжать терять это...

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)".