Пятница 24 июля 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
Ученые впервые обнаружили двойную систему, в которой обе звезды взорвались Ученые впервые обнаружили двойную систему, в которой обе звезды взорвались Согласно новому исследованию, ученые, возможно, впервые обнаружили двойную систему, в которой обе звезды взорвались как сверхновые. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications. Хотя Земля может вращаться вокруг одной…
Тёмная комета долго скрывалась, находясь всего в 3 миллионах километров от Земли Тёмная комета долго скрывалась, находясь всего в 3 миллионах километров от Земли Благодаря небесной механике за последние несколько столетий мы довольно хорошо научились предсказывать положение планет, лун, комет и астероидов. Чем больше наблюдений за небесным телом, тем лучше мы знаем, где оно…
Неандертальцы питались либо мамонтами, либо невероятным количеством личинок  Неандертальцы питались либо мамонтами, либо невероятным количеством личинок  Вот что не совсем сходится в данных о неандертальцах. Судя по типу азота, обнаруженного в их коллагене, они, по-видимому, были гиперхищниками, потреблявшими гораздо больше мяса, чем высшие хищники, такие как…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Гибель ребенка в Воронежской области и 223 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Гибель ребенка в Воронежской области и 223 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за ночь сбили 223 украинских беспилотника над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Трехлетний мальчик погиб, три человека получили ранения при атаке украинских беспилотников на Воронежскую область. Из-за…
Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек ВСУ атаковали территорию Белгородской области почти 160 раз за прошедшие сутки. В результате атак погиб один мирный житель, еще девять получили ранения, сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в "Максе".…
Новые групповые удары ВС России по украинским портам и инфраструктуре. Главное о результатах Новые групповые удары ВС России по украинским портам и инфраструктуре. Главное о результатах ВС России ночью продолжили нанесение групповых ударов по объектам на Украине, сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное о результатах. Заявление Минобороны ВС России ночью 23 июля продолжили нанесение групповых…
Тема дня
США лезут на Ближний Восток через «калитку» Ирака США лезут на Ближний Восток через «калитку» Ирака

Премьер-министр Ирака Али аз-Заиди в ходе недавнего визита в Вашингтон подписал 48 соглашений, мемор...

Фото
Гигантские каменные сосуды с костями раскрывают тайну столетней давности Гигантские каменные сосуды с костями раскрывают тайну столетней давности

На протяжении почти столетия археологи ломают голову над тысячами гигантских каменных кувшинов, разб...

Опрос

Как вы оцениваете риск возникновения военного конфликта в Молдавии и Приднестровье?

 

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)".