Суббота 27 декабря 2025 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
PNAS: Озвучен новый механизм развития сосудистой деменции PNAS: Озвучен новый механизм развития сосудистой деменции Ученым из Университета Вермонта удалось установить, что нарушение баланса одного из компонентов клеточных мембран может стать причиной сосудистой деменции, которая связана с ухудшением мозгового кровообращения. Результатами доклинического исследования команда поделилась…
Странная находка в Эфиопии ставит под сомнение происхождение человека Странная находка в Эфиопии ставит под сомнение происхождение человека Международная группа учёных произвела ряд новейших археологических раскопок в Эфиопии. Они заставляют усомниться в статусе "Люси" как самого древнего известного предшественника человека, рассказывает публикация в журнале PLOS One. Специалистами из…
Найден микроэлемент, который снимает воспаление при ревматоидном артрите Найден микроэлемент, который снимает воспаление при ревматоидном артрите Группа сотрудников Сеченовского университета указала на новый механизм действия селена, способного защищать организм от воспаления, что лежит в основе таких заболеваний, как ревматоидный артрит, болезни Альцгеймера и Паркинсона, воспаления кишечника…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией сбили 77 украинских БПЛА МО: за ночь над Россией сбили 77 украинских БПЛА Российские средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили 77 украинских БПЛА над регионами РФ. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены…
В Ставрополе задержали 18-летнюю девушку, готовившую теракт против офицера Минобороны В Ставрополе задержали 18-летнюю девушку, готовившую теракт против офицера Минобороны Сотрудники ФСБ задержали в Ставрополе 18-летнюю девушку, которая после обмана телефонными мошенниками готовила теракт против офицера Минобороны. Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России. "В Ставрополе предотвращена…
В Европарламенте призвали отправить немецких военных на Украину под флагом Европы В Европарламенте призвали отправить немецких военных на Украину под флагом Европы Глава Европейской народной партии (ЕНП) и ее фракции в Европарламенте Манфред Вебер (Христианско-социальный союз, ХСС) выступил за участие военнослужащих ФРГ в обеспечении мирного урегулирования на Украине под европейским флагом. "Европа…
Тема дня
Африка требует от Франции расплаты Африка требует от Франции расплаты

Платить и каяться. Именно это отныне требуют бывшие колониальные территории Африки от своих бывших к...

Фото
Человеческий геном был картирован во времени и пространстве в четырех измерениях Человеческий геном был картирован во времени и пространстве в четырех измерениях

Проект «Геном человека» был завершен чуть более двадцати лет назад. Теперь ученые, участвующие в про...

Опрос

Что вы ждете от обсуждаемого сейчас плана Трампа по урегулированию украинского конфликта?

 

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)".