Среда 16 сентября 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
Исследование показало, что эволюция может быть не такой случайной, как считалось Исследование показало, что эволюция может быть не такой случайной, как считалось Основы эволюции довольно просты для понимания: организмы, лучше приспособленные к выживанию и размножению, как правило, имеют преимущество перед другими. Эти животные продолжают существовать, в то время как другие — нет.…
Содержащий 3000 сверхновых каталог ставит под сомнение теории о темной энергии Содержащий 3000 сверхновых каталог ставит под сомнение теории о темной энергии После десятилетий наблюдений международная группа исследователей из Школы математики и физики Квинслендского университета (UQ-SMP) создала крупнейший в истории набор данных о сверхновых. Набор данных включает информацию о 2884 сверхновых типа…
Ученые обнаружили крошечную группу клеток мозга, способных подавлять агрессию Ученые обнаружили крошечную группу клеток мозга, способных подавлять агрессию Новые генетические инструменты позволяют активировать по одному нейрону за раз, и один из них подавляет агрессию плодовых мушек как у самцов, так и у самок. Результаты исследования были опубликованы в…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 71 украинский БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 71 украинский БПЛА Российские силы ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ, а также над акваторией Черного моря 71 украинский БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение…
Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области 40 раз за прошедшие сутки, в результате погиб один мирный житель, еще четыре человека пострадали. Об этом сообщил врио губернатора Александр Шуваев в…
Режим ЧС и 200 тонн. Что известно о разливе дизельного топлива на Таймыре Режим ЧС и 200 тонн. Что известно о разливе дизельного топлива на Таймыре В поселке Сындасско на Таймыре из-за шторма повредило резервуар с дизельным топливом. Топливо попало в Хатангский залив, введен режим ЧС. Угрозы населению нет. ТАСС собрал основное о происшествии. Обстоятельства произошедшего…
Тема дня
Датский вертолет вдруг нарвался на российские сигналы Датский вертолет вдруг нарвался на российские сигналы

Дания обвинила российский фрегат в опасном сближении с ее военным вертолетом после того, как корабль...

Фото
Ученые обнаружили в крови странные четырехцепочечные генетические структуры  Ученые обнаружили в крови странные четырехцепочечные генетические структуры 

ДНК мгновенно напоминает о своей знаменитой двойной спирали. Но генетический материал не всегда оста...

Опрос

Доживет ли Украина до своего 40-летнего юбилея?

 

Анекдот дня

Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!

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.

Популярные новости
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)".