Четверг 05 марта 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
Ученые обнаружили колоссальные загадки, связанные с «суперюпитерами» Ученые обнаружили колоссальные загадки, связанные с «суперюпитерами» Юпитер, возможно, и является королем планет в нашей Солнечной системе, но в других звездных системах по всей галактике еще более крупные планеты вращаются на расстоянии миллиардов миль от своих звезд…
Сердце Млечного Пути окружено турбулентной газовой сетью длиной 650 световых лет Сердце Млечного Пути окружено турбулентной газовой сетью длиной 650 световых лет Наиболее интенсивное исследование Центральной молекулярной зоны (ЦМЗ) в ядре Млечного пути позволило выявить формы, вылепленные этой интенсивной средой из исходного материала для звезд. Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики известна…
В глубине мексиканской пещерной системы обнаружен скелет возрастом 8000 лет В глубине мексиканской пещерной системы обнаружен скелет возрастом 8000 лет Скелет возрастом 8000 лет, обнаруженный глубоко в затопленной пещерной системе на карибском побережье Мексики, проливает новый свет на доисторических обитателей полуострова Юкатан. Останки, найденные группой археологов-дайверов, предположительно представляют собой преднамеренное…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 32 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 32 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь перехватили и уничтожили 32 украинских беспилотника над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Пять человек пострадали в Волгоградской области из-за атаки БПЛА. ТАСС собрал основное о…
Обострение отношений между США и Испанией. Как спор о военных расходах перерос в торговый конфликт Обострение отношений между США и Испанией. Как спор о военных расходах перерос в торговый конфликт Американский президент Дональд Трамп накануне заявил, что США намерены разорвать все торговые отношения с Испанией после ее отказа повысить военные расходы до 5% ВВП. Правительство Испании в ответ на угрозы…
Совместная операция США и Эквадора против наркокартелей. Главное о происходящем Совместная операция США и Эквадора против наркокартелей. Главное о происходящем Американские и эквадорские военные приступили к совместным операциям против наркокартелей, сообщило Южное командование ВС США. ТАСС собрал основное, что известно на данный момент. Об операции 3 марта американские и эквадорские…
Тема дня
Роль Китая в иранской войне трактуют слишком однобоко Роль Китая в иранской войне трактуют слишком однобоко

Удар по Ирану – это на самом деле удар по Китаю. Такая версия популярна среди тех, кто пытается объя...

Фото
Найденная в Болгарии кость возрастом 7,2 млн лет переписывает историю эволюции Найденная в Болгарии кость возрастом 7,2 млн лет переписывает историю эволюции

Международная группа исследователей на этой неделе представила анализ окаменелости, обнаруженной в Б...

Опрос

Как долго продлится операция США против Ирана?

 

Анекдот дня

Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!

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)".