Четверг 27 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
Золотые дукаты французских мушкетеров времен Д’Артаньяна помогли ученым ИИМК РАН датировать пожар в Старой Ладоге Золотые дукаты французских мушкетеров времен Д’Артаньяна помогли ученым ИИМК РАН датировать пожар в Старой Ладоге Смута начала XVII века привела в Старую Ладогу французских наемников, которые на несколько месяцев захватили крепость и оказались необычно далеко к востоку от основных европейских театров военных действий своего времени.…
Ученые создали печенье из переработанного пластика Ученые создали печенье из переработанного пластика Пластиковые бутылки и сельскохозяйственные отходы можно переработать в съедобное печенье с помощью генетически модифицированных дрожжей. Члены команды, стоящей за этой инициативой, в настоящее время ожидают одобрения учреждения, чтобы попробовать продукт.…
Ученые обнаружили главный регулятор температуры Земли Ученые обнаружили главный регулятор температуры Земли Согласно новым исследованиям, скорость глобального потепления может определить, достигнет ли Атлантическая Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC) критической точки и произойдет ли ее коллапс. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Climate…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Пожар на складе Wildberries в Котовске и 426 БПЛА. Ночная атака ВСУ на российские регионы Пожар на складе Wildberries в Котовске и 426 БПЛА. Ночная атака ВСУ на российские регионы Средства ПВО за прошедшую ночь перехватили и уничтожили над регионами России 426 украинских беспилотников самолетного типа. Об этом сообщили в Минобороны РФ. В результате атаки БПЛА произошел пожар в логистическом…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек Вооруженные силы Украины атаковали Белгородскую область порядка 150 раз за сутки, в результате погиб мирный житель, еще 12 получили ранения. Об этом сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в "Максе".…
Хинштейн: за сутки ВСУ 117 раз обстреляли из артиллерии Курскую область Хинштейн: за сутки ВСУ 117 раз обстреляли из артиллерии Курскую область Вооруженные силы Украины 117 раз обстреляли из артиллерии районы Курской области, 205 беспилотников было сбито в регионе за прошедшие сутки. Погибших и пострадавших нет, сообщил губернатор региона Александр Хинштейн. "Всего…
Тема дня
Швеция намерена радикально изменить методы шпионажа против России Швеция намерена радикально изменить методы шпионажа против России

Парламент Швеции одобрил создание Службы внешней разведки (UND). Новое ведомство приступит к работе ...

Фото
Электрически заряженные капли дождя могут вызывать коррозию металла  Электрически заряженные капли дождя могут вызывать коррозию металла 

Металлы повсюду нуждаются в защите от коррозии — от любимых автомобилей до знаковых зданий, скульпту...

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.

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)".