Среда 05 ноября 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
РАН: Лекарство для похудения может увеличивать риски болезни Альцгеймера РАН: Лекарство для похудения может увеличивать риски болезни Альцгеймера Специалистами Пущинского научного центра РАН установлено, что гипогликемические (понижающие уровень сахара в крови) препараты способны воздействовать на активность бета-амилоидных пептидов, которые ускоряют развитие болезни Альцгеймера. Так, семаглутид (действующее вещество «Оземпика»…
Научно подтверждена польза орехов для сердца Научно подтверждена польза орехов для сердца Группой сотрудников Школы общественного здравоохранения Университета Лома-Линда проведено исследование, показавшее, что регулярное употребление орехов уменьшает риски сердечно-сосудистых заболеваний. О результатах длительного эксперимента рассказал ресурс eatingwell.com. Работа американских учёных была основана…
IJP: Назван парадоксальный фактор неудачи в лечении онкологии IJP: Назван парадоксальный фактор неудачи в лечении онкологии Команда сотрудников Университета Тибы установила неожиданную причину неэффективность противораковых антител. Если они излишне сильно действуют на собственные иммунные клетки организма, то могут уничтожать Т-лимфоциты, тем самым ослабив защиту от опухоли.…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 85 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 85 украинских БПЛА Российские средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над регионами РФ 85 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи в период с 23:30 мск 3…
4 ноября в России отмечается День народного единства 4 ноября в России отмечается День народного единства Победа патриотических сил осенью 1612 года заложила основы для развития нашей страны — как суверенного государства, которое способно в любых испытаниях отстоять свою независимость, свой путь. В этот день перед…
Путин учредил День коренных малочисленных народов России и День языков народов России Путин учредил День коренных малочисленных народов России и День языков народов России Президент России Владимир Путин подписал указы об установлении Дня коренных малочисленных народов РФ и Дня языков народов РФ. Они будут отмечаться 30 апреля и 8 сентября соответственно. День коренных малочисленных…
Тема дня
Как украинские пропагандисты пытаются убедить мир, что Украина не проигрывает Как украинские пропагандисты пытаются убедить мир, что Украина не проигрывает

Украинцам было бы странно сохранять оптимизм, видя ситуацию в стране и читая, что пишут журналисты о...

Фото
Ученые выяснили, как образовались удивительно детализированные окаменелости Ученые выяснили, как образовались удивительно детализированные окаменелости

Около 16 миллионов лет назад на территории современной центральной части Нового Южного Уэльса в Авст...

Опрос

Как вы оцениваете заявления США о возможной передаче Украине ракет Tomahawk?

 

Анекдот дня

Севастополь - самый европейский из всех европейских городов. Именно здесь находятся английское, немецкое, французское, турецкое и даже итальянское кладбища, на которых покоятся те, кто когда-то усомнился в том, что Крым наш.

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)".