Вторник 07 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
Древнее поселение майя обнаружено под водой на дне озера в Гватемале Древнее поселение майя обнаружено под водой на дне озера в Гватемале Исследователи подтвердили, что под озером Атитлан, вулканическим озером в высокогорье Гватемалы, находится крупное поселение майя, сохранившее под водой площади, дома и памятники. Результаты исследования опубликованы в Journal of Maritime Archaeology.…
Жук, живший 230 миллионов лет назад, обладал уникальными особенностями Жук, живший 230 миллионов лет назад, обладал уникальными особенностями Ученые обнаружили в северном Китае жука возрастом 230 миллионов лет, строение тела которого не соответствует известным триасовым родственникам. Результаты исследования опубликованы в журнале Palaeontologia Electronica. Это несоответствие открывает неожиданную ветвь…
Под островом Сулавеси обнаружен крупный разлом, грозящий риском цунами Под островом Сулавеси обнаружен крупный разлом, грозящий риском цунами Подтверждено наличие под островом Сулавеси в Индонезии масштабного разлома, который проходит в шельфовой зоне в виде непрерывной глубокой трещины, пронизывающей земную кору. Результаты исследования опубликованы в журнале Solid Earth. Это…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 45 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 45 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 45 украинских БПЛА над регионами РФ, из них 19 - над Ленинградской областью. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами…
Семилетний мальчик и его родители погибли при атаке дронов во Владимирской области Семилетний мальчик и его родители погибли при атаке дронов во Владимирской области Украинский беспилотник попал в жилой дом в Александровском районе Владимирской области, погибли двое взрослых и ребенок. Об этом сообщил в Max губернатор региона Александр Авдеев. "Вражескими беспилотниками атакована гражданская инфраструктура…
Гладков: в Белгородской области от удара ВСУ погиб человек Гладков: в Белгородской области от удара ВСУ погиб человек Вооруженные силы Украины атаковали во вторник Грайворонский округ Белгородской области, погиб мирный житель. Об этом сообщил губернатор региона Вячеслав Гладков в своем Telegram-канале. "Сегодня большой праздник православный - Благовещение. Очень…
Тема дня
В Швейцарии решили повернуться к России из-за Ирана В Швейцарии решили повернуться к России из-за Ирана

Война в Иране продолжает отменять антироссийские санкции. Первыми так поступили США в отношении эксп...

Фото
SR: В глубине океана обнаружены "живые ископаемые" SR: В глубине океана обнаружены "живые ископаемые"

Международный научный коллектив выяснил, как наутилусы — одни из наиболее древних морских животных —...

Опрос

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

 

Анекдот дня

Март - блины, апрель - куличи, май - шашлыки... и куда, скажите, мне втиснуть эту вашу диету?!

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)".