Вторник 09 июня 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
После десятилетних поисков ученые обнаружили самое высокое дерево Восточной Азии После десятилетних поисков ученые обнаружили самое высокое дерево Восточной Азии В глубине гор северного Тайваня было подтверждено, что возвышающееся дерево Taiwania cryptomerioides — крупное хвойное дерево из семейства кипарисовых (Cupressaceae), предки которого датируются 100 миллионами лет назад, — является самым…
Гигантские рогатые родственники коров бродили по лесам Европы 4 млн лет назад Гигантские рогатые родственники коров бродили по лесам Европы 4 млн лет назад Миллионы лет назад в лесах современной Каталонии, Испания, обитал крупный родственник современного крупного рогатого скота. Теперь окаменелости из вулканического озера Камп-дельс-Нинотс помогают ученым узнать больше об этом вымершем виде, Parabos…
В самых глубоких частях океана ученые обнаружили странные формы жизни В самых глубоких частях океана ученые обнаружили странные формы жизни На протяжении десятилетий исследования самых глубоких океанических впадин были сосредоточены на поиске жизни в иле. Ученые рассчитывали обнаружить жизнеспособную жизнь в мягких отложениях на дне траншеи, а голая скала стенок…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Возгорание на перевалочном комплексе в Новороссийске и 310 украинских БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Возгорание на перевалочном комплексе в Новороссийске и 310 украинских БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Дежурные средства противовоздушной обороны сбили над российскими регионами, а также Черным и Азовским морями 310 украинских беспилотников в течение минувшей ночи, сообщили в Минобороны РФ. Из-за атаки БПЛА произошло возгорание…
Погиб помощник машиниста. Главное об атаке БПЛА ВСУ на тепловоз поезда Москва - Симферополь Погиб помощник машиниста. Главное об атаке БПЛА ВСУ на тепловоз поезда Москва - Симферополь Один человек погиб, еще один пострадал в результате атаки украинского БПЛА на тепловоз пассажирского поезда сообщением Москва - Симферополь. Пассажиры поезда не пострадали, сообщил глава Республики Крым Сергей Аксенов в…
Партия Пашиняна получает право единолично формировать кабмин. Итоги парламентских выборов в Армении Партия Пашиняна получает право единолично формировать кабмин. Итоги парламентских выборов в Армении Правящая партия "Гражданский договор" премьер-министра Армении Никола Пашиняна, по предварительным данным Центризбиркома страны со всех 2 005 избирательных участков, набирает 49,81% голосов на парламентских выборах. При этом она получает право…
Тема дня
Ради ослабления России в Евросоюз готовы принять чертову дюжину  Ради ослабления России в Евросоюз готовы принять чертову дюжину 

Президент Финляндии Александр Стубб предложил Евросоюзу ускориться с расширением и разрастись до объ...

Фото
Повышение уровня моря ускоряется, и теперь ученые узнали главную причину этого Повышение уровня моря ускоряется, и теперь ученые узнали главную причину этого

Тщательный пересмотр научных данных показал, что темпы повышения уровня моря ускоряются, и основной ...

Опрос

Что будет с дальнейшими поставками российского газа в Армению?

 

Анекдот дня

Не так страшно, что искусственный интеллект умнеет, как то, что естественный интеллект глупеет.

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)".