Пятница 01 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
Ученый Гвиннет предложил новую гипотезу причин гибели майя Ученый Гвиннет предложил новую гипотезу причин гибели майя Крах цивилизации майя случился в период с 750 по 1000 год нашей эры. До сих пор это одна из самых обсуждаемых загадок истории. Территория обитания народности – это современные Белиз,…
Братское захоронение раскрывает, как пандемия уничтожила город 1500 лет назад Братское захоронение раскрывает, как пандемия уничтожила город 1500 лет назад Недавно обнаруженное массовое захоронение в древнем городе Джераш в Иордании дает пугающее представление об одной из первых зарегистрированных пандемий в истории. Сотни жертв чумы были похоронены в течение нескольких дней,…
Вселенная может закончиться на триллионы лет раньше, чем считалось Вселенная может закончиться на триллионы лет раньше, чем считалось Недавние исследования указывают на то, что темпы расширения Вселенной резко меняются со временем; если это правда, то, как показывают новые исследования, Вселенная может закончиться гораздо раньше, думали ученые. В ученой…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 189 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 189 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 189 украинских БПЛА над регионами России, сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены 189 украинских беспилотных летательных аппаратов…
Сроки перемирия и шаг к нормализации отношений между РФ и США. Реакция на разговор Путина и Трампа Сроки перемирия и шаг к нормализации отношений между РФ и США. Реакция на разговор Путина и Трампа Конкретные сроки перемирия по случаю Дня Победы будут объявлены, сообщил ТАСС пресс-секретарь президента России Дмитрий Песков. 29 апреля президент России Владимир Путин во время телефонного разговора с лидером США Дональдом…
В Магаданской области обрушился рудник, под завалами могут находиться восемь человек В Магаданской области обрушился рудник, под завалами могут находиться восемь человек Обрушение скальных масс на угольном разрезе произошло в Магаданской области, под завалами могут находиться восемь человек. Об этом ТАСС сообщили в МЧС России. К месту ЧП направлены спасатели, к вылету…
Тема дня
Антироссийская миссия британского короля в США оказалась полностью провалена Антироссийская миссия британского короля в США оказалась полностью провалена

К визиту короля Великобритании Карла III в Вашингтоне вывесили флаги Австралии. Встреча монарха с пр...

Фото
Форма человеческих голов значительно изменилась за последние 100 лет Форма человеческих голов значительно изменилась за последние 100 лет

За последние 100 лет головы японцев стали более округлыми, с более узкими скулами, более широкими ве...

Опрос

Через месяц после начала войны в Иране на чьей стороне преимущество?

На стороне Израиля - 98.8%
На стороне Ирана - 0.3%
На стороне США - 0.1%
Ничья - 0.1%
Затрудняюсь ответить - 0.1%

Всего голосов:: 31354

 

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)".