Четверг 12 ноября 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
Прорывные измерения космического водорода меняют представления о Вселенной Прорывные измерения космического водорода меняют представления о Вселенной Достижения в вычислительной технике и астрономии привели к появлению все более сложных попыток составить карту крупномасштабной структуры Вселенной. В течение последнего десятилетия ученые работают над картированием одного конкретного аспекта, чтобы…
Доказано, что кошки мяукают, требуя, чтобы люди исправили ситуацию в их мире Доказано, что кошки мяукают, требуя, чтобы люди исправили ситуацию в их мире Вопли, крики, завывания и мяуканье могут быть не просто способом кошки выразить недовольство окружающим миром, но и целенаправленной попыткой привлечь внимание, чтобы люди могли это исправить. Новое исследование показало, что…
В ранних галактиках Вселенной элементы распространялись быстрее, чем ожидалось В ранних галактиках Вселенной элементы распространялись быстрее, чем ожидалось Телескоп Уэбб обнаружил углерод, кислород и кремний в движущемся газе вокруг молодых галактик, так что тяжелые элементы уже распространились всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва. Результаты исследования были…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Погибшие в Смоленской области и пострадавшие в Усть-Луге. Последствия атак БПЛА на российские регионы Погибшие в Смоленской области и пострадавшие в Усть-Луге. Последствия атак БПЛА на российские регионы Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 627 украинских беспилотников над российскими регионами и акваторией Азовского моря, сообщили в Минобороны РФ. Два человека погибли в результате массированной атаки БПЛА ВСУ…
Пострадавшие и 150 БПЛА. Последствия самой массированной атаки на Ленинградскую область с начала года Пострадавшие и 150 БПЛА. Последствия самой массированной атаки на Ленинградскую область с начала года В ночь на 11 ноября на Ленинградскую область была совершена массированная атака беспилотников. При ударе по портовой зоне Усть-Луга произошло возгорание, пострадали три человека. ТАСС собрал основную информацию о случившемся.…
Поражены объекты энергетики и суда с грузами для ВСУ. Удары ВС РФ по целям на Украине Поражены объекты энергетики и суда с грузами для ВСУ. Удары ВС РФ по целям на Украине Российские военные продолжают нанесение ударов беспилотными летательными аппаратами по объектам энергетической инфраструктуры, обеспечивающим работу предприятий военной промышленности Украины, морским судам с военным имуществом и грузами двойного назначения, используемым в интересах…
Тема дня
Брюссель лишает поляков даже права последнего слова Брюссель лишает поляков даже права последнего слова

Польша решает вопрос не только о том, кто будет руководить Конституционным трибуналом. Она решает, г...

Фото
Южноафриканские ископаемые указывают на новый вид динозавра-завроподоморфа Южноафриканские ископаемые указывают на новый вид динозавра-завроподоморфа

Черепа ранних зауроподоморфов из позднего триаса встречаются редко. Недавно описанный череп из Восто...

Опрос

Станет ли «операция в Алешках» началом чего-то большего?

 

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.

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)".