Среда 15 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
«Вояджер-1» движется со скоростью 17 км/с, но не преодолел даже 1 световой день «Вояджер-1» движется со скоростью 17 км/с, но не преодолел даже 1 световой день «Вояджер-1» совершил невероятное путешествие, превзошедшее все ожидания. И вот он вот-вот достигнет еще одной важной вехи. Этот небольшой космический аппарат размером с автомобиль стал первым созданным человеком объектом, вышедшим в…
Марсоход НАСА Curiosity обнаружил на Марсе странные многоугольные структуры Марсоход НАСА Curiosity обнаружил на Марсе странные многоугольные структуры В последнее время марсоходу Curiosity («Кьюриосити») от NASA уделяется меньше внимания, чем более новому и усовершенствованному марсоходу Perseverance. Это, вероятно, и неудивительно, учитывая, что Perseverance в настоящее время исследует кратер…
Как гориллы наращивают мышечную массу на растительной «диете» Как гориллы наращивают мышечную массу на растительной «диете» У горных горилл наращивается большая мышечная масса, хотя они питаются в основном листьями, побегами и стеблями. Эксперты отмечают, что на их пример ясно: мясо - не обязательное условие для складывания…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Пострадавший на Кубани, возгорание на Афипском НПЗ и 288 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Пострадавший на Кубани, возгорание на Афипском НПЗ и 288 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили 288 украинских беспилотников над российскими регионами и акваториями Азовского и Черного морей, сообщили в Минобороны РФ. Из-за падения обломков БПЛА в…
ВС России нанесли групповые удары по предприятиям ВПК Украины ВС России нанесли групповые удары по предприятиям ВПК Украины ВС России ночью нанесли групповые удары, в Киеве поражены предприятия военной промышленности, а в порту Южный Одесской области - объекты инфраструктуры, используемые для хранения горюче-смазочных материалов ВСУ. Об этом сообщили…
ФСБ сорвала попытку теракта с использованием БПЛА на стратегическое предприятие в Подмосковье ФСБ сорвала попытку теракта с использованием БПЛА на стратегическое предприятие в Подмосковье ФСБ сорвала массированную атаку беспилотниками на стратегическое предприятие в одном из жилых массивов Подмосковья. Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России. ТАСС собрал основное о ЧП. Предотвращение…
Тема дня
Почему Европа не в состоянии защититься от американского хамства Почему Европа не в состоянии защититься от американского хамства

Как бы европейцы ни ненавидели Трампа, как бы ни тяготились своей зависимостью от Америки, они вынуж...

Фото
В окрестностях Солнца астрономы обнаружили четыре новых белых карлика  В окрестностях Солнца астрономы обнаружили четыре новых белых карлика 

Международная группа астрономов обнаружила в окрестностях Солнца четыре новых белых карлика, которые...

Опрос

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

 

Анекдот дня

Парадокс нашего времени, молодым человеком могут считать лет до 40, при этом кризис среднего возраста может наступить в 30.

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)".