Воскресенье 26 апреля 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
Выявлена глубинная причина внезапной смерти молодых людей Выявлена глубинная причина внезапной смерти молодых людей Генетикам удалось выявить аномалию, способную стать причиной внезапной остановки сердца у молодых людей. Открытие станет шагом к улучшению диагностики, оптимизации скрининга и поможет чаще предотвращать смерти. Генетическая аномалия была открыта…
Исчезнувшее неолитическое население близ Парижа быстро заменилось новой группой Исчезнувшее неолитическое население близ Парижа быстро заменилось новой группой Новое исследование древней ДНК из мегалитической гробницы недалеко от Парижа выявило резкое сокращение численности населения и последующее его замещение в неолитической Франции около 5000 лет назад. Генетический анализ 132 человек,…
Ученые выяснили, кто создал 9000-летние наскальные рисунки в Кении Ученые выяснили, кто создал 9000-летние наскальные рисунки в Кении Крупный прорыв в африканской археологии позволил раскрыть личность создателя одного из самых загадочных мест с наскальными рисунками в Восточной Африке. В скальном убежище Какапел на западе Кении исследователи реконструировали визуальную…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 203 украинских БЛПА МО: за ночь над регионами России сбили 203 украинских БЛПА Силы ПВО за ночь сбили 203 украинских беспилотника над российскими регионами и Черным морем, сообщили в Минобороны РФ. В Севастополе из-за действий ВСУ один человек погиб, четверо пострадали. Трубопровод с…
40 лет назад произошла авария на Чернобыльской атомной электростанции 40 лет назад произошла авария на Чернобыльской атомной электростанции 40 лет назад, 26 апреля 1986 года, произошла авария на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС). Ее последствия продемонстрировали миру, что вырвавшийся из-под контроля мирный атом может быть не менее страшен, чем…
Что известно о стрельбе на приеме с Трампом Что известно о стрельбе на приеме с Трампом Стрельба произошла 25 апреля вечером на приеме Ассоциации корреспондентов при Белом доме в отеле Washington Hilton, в котором принимал участие президент США Дональд Трамп. Никто из представителей американской администрации, в…
Тема дня
США из мести могут превратить Испанию в неполноценного члена НАТО США из мести могут превратить Испанию в неполноценного члена НАТО

В Пентагоне решают, как наказать Испанию за отказ поддержать войну США против Ирана. Среди возможных...

Фото
Новый метод лечения врожденной глухоты оказался эффективнее прежних подходов Новый метод лечения врожденной глухоты оказался эффективнее прежних подходов

Команда китайских и американских исследователей подвела итоги первых масштабных испытаний генной тер...

Опрос

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

 

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)".