Четверг 11 декабря 2025 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
Создан крем, эффективно лечащий мужское облысение Создан крем, эффективно лечащий мужское облысение Компанией Cosmo Pharmaceuticals успешно завершена третья фаза клинических испытаний класкотерона. Это первый за почти 30 лет принципиально новый препарат для лечения андрогенной алопеции. Подробности о новинке рассказал ресурс cosmopharma.com. Препарат…
Ученый НАСА представил теорию кометы для Вифлеемской звезды Ученый НАСА представил теорию кометы для Вифлеемской звезды Планетолог из НАСА предложил, возможно, первое научно обоснованное объяснение таинственной Вифлеемской звезды, которая привела трёх волхвов к младенцу Иисусу более двух тысячелетий назад. В новаторском исследовании Марка Мэтни яркая комета,…
Биологи изучили влияние человека на кошачье мяуканье Биологи изучили влияние человека на кошачье мяуканье Биологи решили изучить, как повлиял человек на мяуканье кошек. Выяснилось, что мурлыканье кошек содержит больше индивидуальных особенностей, чем их мяуканье. Как показало исследование, именно мурлыканье выступает более точным звуковым «отпечатком»…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 287 украинских беспилотников  МО: за ночь над регионами России сбили 287 украинских беспилотников  Силы ПВО за ночь сбили 287 украинских беспилотников над регионами России, из них 40 - над Московским регионом. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи в период…
Атака БПЛА на Москву в ночь на 11 декабря стала одной из самых крупных Атака БПЛА на Москву в ночь на 11 декабря стала одной из самых крупных Силы противовоздушной обороны (ПВО) отразили атаку 32 беспилотников, летевших на Москву. На фоне атаки в столичных аэропортах были отменены, задержаны и перенаправлены 133 рейса. ТАСС собрал основную информацию о произошедшем.…
Глава Euroclear: использование активов России может быть незаконно Глава Euroclear: использование активов России может быть незаконно План Еврокомиссии (ЕК) по предоставлению "репарационного кредита" Украине ведет к рискам на европейских рынках капитала, так как использование активов России может быть воспринято как изъятие, что грозит подрывом доверия инвесторов.…
Тема дня
Евросоюз должен быть разрушен Евросоюз должен быть разрушен

Лучшее, что получилось у Евросоюза – это Шенгенское соглашение, которое когда-то значительно облегчи...

Фото
Scientific Reports назвал мурчание «визитной карточкой» кошек Scientific Reports назвал мурчание «визитной карточкой» кошек

Мурчание домашних кошек, выяснили учёные, гораздо более характеризует их индивидуальность, чем мяука...

Опрос

Что вы ждете от обсуждаемого сейчас плана Трампа по урегулированию украинского конфликта?

 

Анекдот дня

- Тебе, наверное, больше сорока?

- С чего ты взял?

- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.

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)".