Воскресенье 21 декабря 2025 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
Создан инновационный гель для профилактики кариеса Создан инновационный гель для профилактики кариеса Специалистами НИТУ МИСИС разработан гель на базе фермента декстраназы, эффективно разрушающий зубной налет и снижающий риски развития кариеса. О перспективах новинки «Известиям» рассказал доцент кафедры общей и неорганической химии НИТУ…
Окаменелость возрастом 1,5 млн лет раскрывает новые подробности о Homo erectus Окаменелость возрастом 1,5 млн лет раскрывает новые подробности о Homo erectus Палеоантропологи изучили и реконструировали DAN5, окаменелый череп раннего Homo erectus возрастом 1,5 миллиона лет, найденный в Гоне, в регионе Афар в Эфиопии. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature…
Мрамор из гробницы Отто Великого происходит не из Италии и Греции, как считалось Мрамор из гробницы Отто Великого происходит не из Италии и Греции, как считалось Крупное археологическое открытие в Германии меняет устоявшиеся представления об одном из самых знаковых имперских памятников Европы. Гробница императора Отто I, известного как Отто Великий, расположенная в Магдебургском соборе, раскрыла удивительную…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь силы ПВО уничтожили 27 беспилотников над территорией России МО: за ночь силы ПВО уничтожили 27 беспилотников над территорией России Российские средства ПВО уничтожили в течение прошедшей ночи над регионами РФ 27 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО уничтожены 27 украинских…
Попытки ЕС ограбить Россию и меры по защите активов. Заявления Путина на «Итогах года» Попытки ЕС ограбить Россию и меры по защите активов. Заявления Путина на «Итогах года» Попытки властей Евросоюза присвоить российские активы можно назвать не просто кражей, а настоящим грабежом. Об этом заявил президент России Владимир Путин на "Итогах года". ТАСС собрал ключевые заявления главы государства.…
США начали наносить удары по ИГ* в Сирии США начали наносить удары по ИГ* в Сирии Вооруженные силы США начали наносить удары с воздуха по расположениям террористической группировки "Исламское государство"* (ИГ*, запрещена в РФ) на территории Сирии. Об этом сообщила газета The New York Times со…
Тема дня
Президент Путин обозначил достижения и перспективы России Президент Путин обозначил достижения и перспективы России

Владимир Путин подвел итоги уходящего 2025 года. В рамках уже традиционного формата глава государств...

Фото
Ученые выяснили, как солярии старят кожу на генетическом уровне Ученые выяснили, как солярии старят кожу на генетическом уровне

Солярии могут предложить удобную альтернативу солнечным ваннам в помещении, но новое исследование пр...

Опрос

Что вы ждете от обсуждаемого сейчас плана Трампа по урегулированию украинского конфликта?

 

Анекдот дня

- Тебе, наверное, больше сорока?

- С чего ты взял?

- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.

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)".