Среда 22 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
«Супер-Эль-Ниньо» приближается, но это не самая большая климатическая угроза «Супер-Эль-Ниньо» приближается, но это не самая большая климатическая угроза Исследователи сообщают, что большой резервуар тепла, перемещающийся под тропической частью Тихого океана, начал перестраивать поверхностные условия в направлении развития явления Эль-Ниньо. Результаты исследования опубликованы в журнале Geoscientific Model Development. Эта…
Ученые обнаружили странное паукообразное, застрявшее в янтаре 35 млн лет назад Ученые обнаружили странное паукообразное, застрявшее в янтаре 35 млн лет назад Сенокосцы — одни из самых причудливых паукообразных, когда-либо населявших Землю, и они живут здесь уже миллионы лет. В двух отдельных образцах янтаря возрастом 35 миллионов лет, найденных в Прибалтике и…
Одно простое растение помогает снижать воспаления в кишечнике Одно простое растение помогает снижать воспаления в кишечнике Японскими учёными в экстракте солодки найдено соединение с выраженным противовоспалительным действием, которое можно использовать для лечения заболеваний кишечника, в том числе, болезни Крона и язвенного колита. Об этом сообщила пресс-служба…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 97 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 97 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь уничтожили и перехватили 97 украинских беспилотников над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи с 20:00 мск 20 апреля до 07:00…
Мирошник: за неделю от ударов ВСУ погибли 10 россиян, 120 получили ранения Мирошник: за неделю от ударов ВСУ погибли 10 россиян, 120 получили ранения Десять человек, включая ребенка, погибли за неделю при ударах ВСУ по субъектам РФ, еще более 120 жителей, в том числе 7 несовершеннолетних, получили ранения. Об этом ТАСС сообщил посол по…
ФСБ: в Ярославской области задержали три группы пособников украинских кол-центров ФСБ: в Ярославской области задержали три группы пособников украинских кол-центров ФСБ и МВД задержали в Ярославле участников трех преступных групп, оказывавших содействие мошенническим кол-центрам Украины в хищении средств у россиян. Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России.…
Тема дня
Еврокомиссия пропустила неожиданный удар от Болгарии Еврокомиссия пропустила неожиданный удар от Болгарии

Пока Европа была увлечена выборами в Венгрии, она упустила еще одну электроральную кампанию – в Болг...

Фото
Скрытая система сооружений переосмысливает происхождение столицы империи инков Скрытая система сооружений переосмысливает происхождение столицы империи инков

Масштабная программа дистанционного зондирования, проведенная на густой растительности археологическ...

Опрос

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

 

Анекдот дня

Кто виноват?

Что делать?

А зачем?

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)".