Суббота 31 октября 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
В Омане обнаружены 5000-летние гробницы с керамикой и бронзовым оружием В Омане обнаружены 5000-летние гробницы с керамикой и бронзовым оружием В ходе спасательных раскопок на северо-западе Омана были обнаружены погребальные камеры возрастом около 5000 лет, содержащие человеческие останки, неповрежденные керамические сосуды, а также медные и бронзовые предметы. Оманские власти связывают…
Ученые обнаружили, что в Арктике существуют три различных климатических зоны Ученые обнаружили, что в Арктике существуют три различных климатических зоны Новое исследование выявило три различных атмосферных зоны в Арктике, каждая из которых по-разному реагирует на потепление, что имеет серьезные последствия для будущих климатических прогнозов. Результаты были опубликованы в журнале Nature…
Самки бонобо бросают вызов прежним представлениям об охоте и эволюции Самки бонобо бросают вызов прежним представлениям об охоте и эволюции Десятилетние наблюдения показывают, что самки бонобо возглавляют многие охотничьи состязания, что ставит под сомнение существующие представления об охоте и наших древних предках. Результаты исследования были опубликованы в журнале Current Biology.…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 433 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 433 украинских БПЛА Российские средства ПВО перехватили и уничтожили в течение прошедшей ночи над регионами РФ 433 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными силами ПВО перехвачены…
Ковальчук: в Брянской области при ударах ВСУ погибли два человека Ковальчук: в Брянской области при ударах ВСУ погибли два человека В Брянской области два человека погибли и пятеро получили ранения в результате ударов ВСУ. Об этом сообщил губернатор региона Егор Ковальчук в "Максе". "Враг ударил дроном-камикадзе по частному дому в…
Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ за сутки погиб человек Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ за сутки погиб человек Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области 133 раза за минувшие сутки. В результате атак четыре мирных жителя получили ранения в Белгородском, Грайворонском и Шебекинском округах, одни человек погиб в…
Тема дня
Пентагон вдруг решил запретить прибалтам русофобский шум Пентагон вдруг решил запретить прибалтам русофобский шум

«Не дразните русских» – Пентагон призвал европейских союзников по НАТО, особенно власти Эстонии, Лат...

Фото
Голоса шимпанзе из разных групп приобретают «ацент», похожий на человеческий Голоса шимпанзе из разных групп приобретают «ацент», похожий на человеческий

Звуки, издаваемые шимпанзе в разных популяциях, становятся более различимыми по мере старения особей...

Опрос

Останется-ли Сербия дружественной России страной?

 

Анекдот дня

Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.

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)".