Воскресенье 23 августа 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
Читайте также
Континентальный «мега-обрыв» может объяснить великую тайну Большого каньона Континентальный «мега-обрыв» может объяснить великую тайну Большого каньона Незадолго до того, как Земля погрузилась в свой самый сильный холодный период, суперконтинент Родиния распался. В результате этого образовалось одно из самых удивительных геологических образований всех времен. Геологи утверждают, что…
Жители Леванта 15 000 лет назад регулярно употребляли в пищу змей и ящериц Жители Леванта 15 000 лет назад регулярно употребляли в пищу змей и ящериц Примерно 15 000 лет назад охотники-собиратели в южном Леванте начали жить в более стационарных поселениях. Этот сдвиг ознаменовал собой серьезное изменение в повседневной жизни, предшествовавшее появлению земледелия. Новые исследования показывают,…
Самая большая из известных галактик имеет размер 1,7 миллиона световых лет Самая большая из известных галактик имеет размер 1,7 миллиона световых лет Вселенная способна на невероятные выходки, особенно когда дело касается масштабов. От гигантских черных дыр до массивных, похожих на листы стен галактик, наша реальность полна умопомрачительных гигантов. Но галактика под названием…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией за ночь сбили 457 украинских БПЛА МО: за ночь над Россией за ночь сбили 457 украинских БПЛА Российские средства ПВО перехватили и уничтожили в течение ночи над регионами РФ, акваториями Черного и Азовского морей 457 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России "В течение прошедшей ночи…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека В результате ударов ВСУ по Белгородской области за прошедшие сутки 2 мирных жителя погибли, еще 13 ранены. Об этом сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в "Максе". "К большому сожалению,…
Хинштейн: за сутки в Курской области из-за атак ВСУ погиб один человек Хинштейн: за сутки в Курской области из-за атак ВСУ погиб один человек Один человек погиб, шестеро получили ранения за прошедшие сутки в результате ударов ВСУ по территории Курской области, сообщил в "Максе" губернатор региона Александр Хинштейн. "В селе Песчаное Беловского района погиб…
Тема дня
Украинские БПЛА доказали беззащитность Латвии Украинские БПЛА доказали беззащитность Латвии

Население Латвии испытало еще одно жестокое разочарование. Вместо обещанной властями «стены против д...

Фото
Ученые нашли способ восстановить исторические данные о температуре океана  Ученые нашли способ восстановить исторические данные о температуре океана 

Один-единственный узелок красных водорослей зафиксировал температуру Красного моря за 133 дня, с пог...

Опрос

Кто первый посягнет на западные регионы Украины?

 

Анекдот дня

Ощущение, что кто-то просыпается и говорит: "Алиса, сделай ещё хуже."

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.

Популярные новости
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)".