Суббота 18 сентября 2021 года
Мы
в соцсетях

 

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. 

 

Яндекс.Дзен

Новости партнеров
Главное за сутки
Правительство России утвердило праздничные выходные дни на 2022 год Правительство России утвердило праздничные выходные дни на 2022 год Правительство Российской Федерации утвердило производственный календарь на 2022 год — об этом говорится в официальном канале кабмина в Telegram. Согласно календарю, новогодние праздники растянутся на десять дней, а майские праздники…
Появились документы о массовой депортации немцев из послевоенной Польши Появились документы о массовой депортации немцев из послевоенной Польши Российское военно-историческое общество обнародовало документы о массовой депортации немцев из Польши после Второй мировой войны. Копии исторических бумаг были представлены на портале История.РФ. В описании к документам сказано, что осенью…
США и Британия привязали к себе Австралию, разругавшись с Францией 	   США и Британия привязали к себе Австралию, разругавшись с Францией    Решение США, Британии и Австралии создать новый оборонный альянс обернулось скандалом. Париж счел последовавший разрыв 66-миллиардного контракта на постройку подлодок для ВМС Австралии в пользу американцев «ударом в спину» (кара…
Интернет и СМИ
Читайте также
Проект по возрождению шерстистого мамонта продвинулся еще на один шаг Проект по возрождению шерстистого мамонта продвинулся еще на один шаг Новый научный проект утверждает, что шерстистые мамонты могут быть возвращены из вымершего состояния в течение шести лет в виде гибридов слон-мамонт. Когда-то обитавшие на большей части территории Европы, Северной Америки…
Ученые рассказали, что сулит человечеству контакт с пришельцами Ученые рассказали, что сулит человечеству контакт с пришельцами Эксперты уверены, что человечество обязательно столкнется с инопланетными цивилизациями. Уравнение Дрейка дает относительно высокие шансы на такой исход событий. Только сложно сказать когда и как это произойдет. В теории, цивилизация,…
Возможно ли получить ДНК динозавров, а затем воссоздать их? Возможно ли получить ДНК динозавров, а затем воссоздать их? Над вопросом, смогли ли ученые сегодня снова воссоздать или клонировать динозавров, задумывались многие обыватели и специалисты. Недавно его рассмотрел почетный профессор палеонтологии в Университете штата Огайо (США) Уильям Осич, опубликовавший…
Тема дня
Нож в спину: униженной Франции нечем ответить англосаксам Нож в спину: униженной Франции нечем ответить англосаксам

Франция решила отменить совместное с США празднование годовщины Чесапикского сражения – когда флот Б...

Фото
Гора Ольга (Ката-Тьюта) в Австралии Гора Ольга (Ката-Тьюта) в Австралии

Гора Ольга (Ката-Тьюта) находится в Национальном парке Австралии Улуру-Ката-Тьюта и состоит из 36 ма...

Опрос

Нужно ли запрещать въезд в Россию лицам, которые за рубежом притесняли русскоговорящих?

 

Анекдот дня

Встретились как-то в кармане маска, наушники и связка ключей и как давай изображать одно целое.

Еще »
Комментарии для сайта Cackle

СМИ2
Infox
Ученые из Дании предложили свою теорию об устройстве Вселенной
В Ирландии найдены древние загадочные постройки
Lentainform
Последние комментарии
 

Мы на одноклассниках
 

 

МЫ ВКОНТАКТЕ

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-68260 от 27.12.2016, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи,

информационных технологий и массовых коммуникаций. При использовании, полном или частичном цитировании материалов

planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с точкой зрения редакции.