Вторник 15 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
Вулканический покров сохранил древний ландшафт Анд на протяжении 22 млн лет Вулканический покров сохранил древний ландшафт Анд на протяжении 22 млн лет Вулканическое извержение 22 миллиона лет назад погребло под собой часть Анд, сохранив следы, свидетельствующие о том, как медленно поднимались горы. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances. Горы кажутся…
Гондвана, наконец, может получить статус настоящего суперконтинента Гондвана, наконец, может получить статус настоящего суперконтинента Доисторический континент Гондвана часто недооценивался как всего лишь «большой материк», но геологи обнаружили новые доказательства того, что это был суперконтинент. Новое исследование опубликовано в журнале Science. Гондвана представляла собой скопление…
Исследование показало, что эволюция может быть не такой случайной, как считалось Исследование показало, что эволюция может быть не такой случайной, как считалось Основы эволюции довольно просты для понимания: организмы, лучше приспособленные к выживанию и размножению, как правило, имеют преимущество перед другими. Эти животные продолжают существовать, в то время как другие — нет.…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Пострадавшие в Сочи и 399 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Пострадавшие в Сочи и 399 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО ночью перехватили и уничтожили 399 украинских беспилотников над российскими регионами, а также акваторией Черного моря, сообщили в Минобороны РФ. В Сочи из-за падения обломков БПЛА пострадали пять человек,…
Шуваев: за сутки в Белгородской области пострадали четыре человека Шуваев: за сутки в Белгородской области пострадали четыре человека Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области 90 раз за прошедшие сутки, ранения получили четыре мирных жителя, среди которых подросток. Об этом сообщил врио губернатора Александр Шуваев в "Максе". "За…
Хинштейн: в Курске из-за падения обломков ракеты ВСУ пострадали два человека Хинштейн: в Курске из-за падения обломков ракеты ВСУ пострадали два человека Два человека получили минно-взрывные травмы и осколочные ранения из-за падения обломков ракеты ВСУ в Курске. Предварительно, повреждено остекление в трех многоквартирных и в восьми частных домах, а также в детском…
Тема дня
Японцы надолго отравили китайские земли  Японцы надолго отравили китайские земли 

Япония присоединилась к «Протоколу о запрещении применения на войне удушливых, ядовитых и других под...

Фото
Ученые назвали нового жука в честь Тейлор Свифт Ученые назвали нового жука в честь Тейлор Свифт

Влияние Тейлор Свифт достигло неожиданного уголка науки: рода крошечных насекомых, обитающих на авст...

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)".