Пятница 09 января 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
Исследование долгожителей Бразилии раскрывает секреты продолжительности жизни  Исследование долгожителей Бразилии раскрывает секреты продолжительности жизни  В статье, опубликованной в журнале Genomic Psychiatry Маяной Зац и ее коллегами из Центра исследований генома человека и стволовых клеток Университета Сан-Паулу, рассматривается вопрос о том, почему Бразилия представляет собой…
JWH: Оргазм у женщин может сопровождаться неожиданными физическими реакциями JWH: Оргазм у женщин может сопровождаться неожиданными физическими реакциями У ряда женщин оргазм иногда сопровождается нестандартными физиологическими и эмоциональными реакциями: смех и плач, головная боль, покалывание в стопах, носовые кровотечения. Эти проявления называют периоргазмическими феноменами. Новое исследование группы сотрудников…
SR: комары действительно могут переносить целые библиотеки ДНК животных SR: комары действительно могут переносить целые библиотеки ДНК животных От отсутствующих перьев динозавров до вымышленных способов стайной охоты — многие детали кинофраншизы «Парк Юрского периода» относятся к разряду фантастики. Однако, как ни удивительно, основная идея фильмов может оказаться более…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России средства ПВО сбили 66 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России средства ПВО сбили 66 украинских БПЛА Средства ПВО за ночь сбили 66 украинских беспилотников над регионами России, а также над Азовским и Черным морями, сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи в период с 23:00…
В Госдуме анонсировали новые меры контроля за мигрантами В Госдуме анонсировали новые меры контроля за мигрантами Несколько законодательных инициатив, направленных на совершенствование миграционной политики, готовят к внесению в Госдуму. Об этом сообщил председатель палаты парламента Вячеслав Володин. "Готовим к внесению ряд законодательных инициатив, направленных на совершенствование…
Главное о задержании США нефтяного танкера «Маринера» Главное о задержании США нефтяного танкера «Маринера» В Атлантике разгорелся международный инцидент вокруг российского нефтяного танкера "Маринера". США заявили о проведении операции по его задержанию, Россия расценивает действия американских военных как нарушение международного морского права и требует…
Тема дня
Как наконец перестать спорить с историей Как наконец перестать спорить с историей

Возмущение тем, что наши вчерашние мечты остались нереализованными, ведет к идеализации прошлого, да...

Фото
PNAS: кишечные микробы сыграли важную роль в эволюции человеческого мозга PNAS: кишечные микробы сыграли важную роль в эволюции человеческого мозга

По сравнению с другими приматами, у человека мозг удивительно большой по отношению к размерам тела. ...

Опрос

Присвоит ли в итоге Евросоюз замороженные российские активы?

 

Анекдот дня

- Тебе, наверное, больше сорока?

- С чего ты взял?

- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.

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)".