Вторник 22 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
Тайна «вампирских» похорон углубляется: вскрытая могила и следы меди во рту  Тайна «вампирских» похорон углубляется: вскрытая могила и следы меди во рту  Когда в Польше XVII века умерла молодая женщина, те, кто её хоронил, по-видимому, опасались, что смерть может оказаться недостаточной, чтобы отлучить её от живых. К большому пальцу левой ноги был…
Чума после Черной смерти еще 350 лет возвращалась волнами по всей Европе Чума после Черной смерти еще 350 лет возвращалась волнами по всей Европе Черная смерть не положила конец чуме в Европе. Новые исследования древней ДНК показывают, как бактерия Yersinia pestis возвращалась волнами на протяжении более 350 лет после первой пандемии. Результаты нового исследования…
Фрагмент лица этрусской богини Уни найден в 2500-летнем храме в Италии Фрагмент лица этрусской богини Уни найден в 2500-летнем храме в Италии Археологи, работающие в древнем святилище Пирги в центральной Италии, обнаружили новый фрагмент архитектурной терракоты с изображением лика Уни, одной из важнейших богинь этрусского мира. Фрагмент был обнаружен в районе храма…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 244 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 244 украинских БПЛА Российские средства ПВО перехватили и уничтожили в течение прошедшей ночи 244 украинских БПЛА над регионами РФ. Об этом сообщили в Минобороны России. Как рассказали в Минобороны, за ночь на 21…
Поражены логистический центр и объекты портовой инфраструктуры. Удары ВС России по объектам на Украине Поражены логистический центр и объекты портовой инфраструктуры. Удары ВС России по объектам на Украине Российские военнослужащие ночью нанесли удары по логистическим центрам, складам и портам Украины, судам, задействованным в интересах ВСУ. Об этом сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное о результатах ударов. Заявление…
Лидерство единороссов и избранные губернаторы. Предварительные результаты выборов Лидерство единороссов и избранные губернаторы. Предварительные результаты выборов "Единая Россия", КПРФ, ЛДПР и "Новые люди" преодолевают пятипроцентный барьер на выборах депутатов Госдумы девятого созыва по федеральному округу после обработки 95,45% протоколов УИК. Об этом свидетельствуют данные электронного табло…
Тема дня
Когда Европа поймет, что не вывозит войну Когда Европа поймет, что не вывозит войну

В сложившейся ситуации по урегулированию на Украине у Трампа есть два варианта действий. Первый – по...

Фото
Астрономы обнаружили «сверхмягкие» источники рентгеновского излучения Астрономы обнаружили «сверхмягкие» источники рентгеновского излучения

Рентгеновское излучение демонстрирует некоторые из самых уникальных астрономических объектов во Всел...

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.

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)".