Суббота 07 ноября 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
Ученые находятся на пороге доступа к миру, в миллион раз меньшему, чем протон Ученые находятся на пороге доступа к миру, в миллион раз меньшему, чем протон В ходе эксперимента в ЦЕРНе были обнаружены первые признаки распада частиц, настолько редкие, что это должно происходить лишь один раз примерно из 10 миллиардов попыток, после более чем 40-летних поисков.…
Загадочная надпись обнаружена на гробнице из древнего некрополя в Египте Загадочная надпись обнаружена на гробнице из древнего некрополя в Египте Обломки известняка из гробницы в Египте, возраст которой составляет 4400 лет, содержат одну из самых ранних известных египетских автобиографий. В ней чиновник по имени Хуви представляет себя честным человеком, близким…
Марс не мертв — вулканическая активность свидетельствует, что он просто спит Марс не мертв — вулканическая активность свидетельствует, что он просто спит Ученые давно подозревали, что Марс геологически «мертв», но новые наблюдения с космических аппаратов указывают на то, что вулканы Красной планеты просто спят. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 411 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 411 украинских БПЛА Российские средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 411 украинских БПЛА над регионами РФ и акваториями Азовского и Черного морей. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи…
ВС России поразили в Киеве и области объекты энергетики, обеспечивающие ВСУ ВС России поразили в Киеве и области объекты энергетики, обеспечивающие ВСУ Российские военнослужащие нанесли удары, в результате которых поражены объекты военно-промышленного комплекса, энергетики, транспортной инфраструктуры в Киеве и области. Об этом сообщили в Минобороны России. "Сегодня ночью Вооруженными силами Российской Федерации…
Шуваев: за сутки в Белгородской области от атак ВСУ пострадали шесть человек Шуваев: за сутки в Белгородской области от атак ВСУ пострадали шесть человек Вооруженные силы Украины (ВСУ) атаковали территорию Белгородской области 101 раз за минувшие сутки. В результате атак шестей мирных жителей получили ранения, сообщил губернатор региона Александр Шуваев в "Максе". "За минувшие…
Тема дня
Европа умудрилась скрестить русофобию с аэрофобией Европа умудрилась скрестить русофобию с аэрофобией

Европейская авиация не может взлететь: регион скован сообщениями о лжеминировании самолетов. Предупр...

Фото
Мозг осьминога ставит под сомнение представления об обучении и памяти Мозг осьминога ставит под сомнение представления об обучении и памяти

Ученые обнаружили химический переключатель, который поддерживает прочные связи в мозге осьминогов, ч...

Опрос

Станет ли «операция в Алешках» началом чего-то большего?

 

Анекдот дня

Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.

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.

Популярные новости
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)".