Вторник 02 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
Новые раскопки в Перре открывают скрытые слои жизни римской эпохи Новые раскопки в Перре открывают скрытые слои жизни римской эпохи Археологический сезон 2025 года в Перре, одном из пяти главных городов древнего Коммагенского королевства, завершился значительными новыми открытиями, углубляющими понимание религиозного и социального ландшафта города. Работы, проведенные на недавно открытой…
Развеяны мифы о некоторых свойствах сна Развеяны мифы о некоторых свойствах сна Многие годы бытует мнение, что сон играет важную роль в перезагрузке мозга и «очищении» его от токсинов. Утверждается, что глимфатическая система помогает мозгу обновляться во время сна. А значит, дефицит…
RSNA: Проблемы со здоровьем можно выявить по форме ягодиц RSNA: Проблемы со здоровьем можно выявить по форме ягодиц Изменения формы большой ягодичной мышцы происходят по-разному у мужчин и женщин на фоне старения, малоподвижного образа жизни, хрупкости организма, остеопороза и диабета второго типа. Анализ международной команды ученых показал, что…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией сбили 32 украинских беспилотника МО: за ночь над Россией сбили 32 украинских беспилотника Силы ПВО за ночь сбили 32 украинских беспилотника над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи в период с 23:30 мск 30 ноября до 07:00…
ФСБ ликвидировала в Крыму агента Киева при попытке теракта против офицера Минобороны  ФСБ ликвидировала в Крыму агента Киева при попытке теракта против офицера Минобороны  ФСБ ликвидировала в Крыму агента военной разведки Украины при попытке устроить теракт против офицера Министерства обороны России. Об этом ТАСС сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России. "Федеральной службой…
Какие законы вступают в силу в декабре 2025 года Какие законы вступают в силу в декабре 2025 года Совершенствование миграционной политики, дополнительная поддержка участников СВО и другие законы, вступающие в силу в декабре, - в нашем материале. 17 ноября Ужесточена ответственность за преступления против страны Вводится пожизненное заключение…
Тема дня
Приднестровье – запасная карта для Запада Приднестровье – запасная карта для Запада

Как только мир в конфликте с Украиной будет подписан и пушки замолчат, судьба Приднестровья окажется...

Фото
Коралловые рифы стабилизируют углеродный цикл Земли 250 млн лет Коралловые рифы стабилизируют углеродный цикл Земли 250 млн лет

Коралловые рифы уже давно считаются очагами биоразнообразия, но новые исследования показывают, что о...

Опрос

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

 

Анекдот дня

Рютте назвал страны НАТО прифронтовыми государствами из-за России. А до этого они были прифронтовыми из-за Югославии, Ирака, Ливии… А еще раньше они были рабовладельческими из-за Африки.

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)".