Вторник 03 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
Голоса шимпанзе из разных групп приобретают «ацент», похожий на человеческий Голоса шимпанзе из разных групп приобретают «ацент», похожий на человеческий Звуки, издаваемые шимпанзе в разных популяциях, становятся более различимыми по мере старения особей, что позволяет предположить, что опыт может влиять на формирование коммуникативных навыков с течением времени. Результаты исследования опубликованы…
Солнечный ветер создает удивительный дисбаланс в магнитном щите Земли Солнечный ветер создает удивительный дисбаланс в магнитном щите Земли Новые модели позволяют понять, почему волны солнечного ветра предпочитают одну сторону магнитного щита Земли и как магнитное поле Солнца влияет на их местоположение. Результаты исследования были опубликованы в журнале Geophysical…
Ледник Судного дня может поднять уровень моря вдвое сильнее, чем считалось Ледник Судного дня может поднять уровень моря вдвое сильнее, чем считалось Новое исследование объясняет, почему ледник Судного дня в Антарктиде отступает быстрее, чем прогнозировалось, потенциально удваивая свой вклад в повышение уровня моря к 2100 году. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Один из крупнейших налетов на Москву и удар по НПЗ в Ярославле. Атаки БПЛА ВСУ на российские регионы Один из крупнейших налетов на Москву и удар по НПЗ в Ярославле. Атаки БПЛА ВСУ на российские регионы Попытка атаки украинских беспилотников, предпринятая вечером и ночью на Московский регион, стала одной из крупнейших за последние полгода, свидетельствуют подсчеты ТАСС, сделанные на основе данных, опубликованных мэром Москвы Сергеем Собяниным…
Поражены объекты энергокомплекса Украины. Массированный удар ВС РФ по объектам на Украине Поражены объекты энергокомплекса Украины. Массированный удар ВС РФ по объектам на Украине Российские войска ночью нанесли массированный удар, в результате которого в Винницкой, Днепропетровской и Харьковской областях поражены объекты энергетического комплекса Украины, обеспечивающие электроэнергией военные предприятия. Об этом сообщили в Минобороны РФ.…
Мирошник: в России в III квартале 2026 года из-за ударов ВСУ погиб 631 человек Мирошник: в России в III квартале 2026 года из-за ударов ВСУ погиб 631 человек Порядка 5 тыс. мирных жителей пострадали от рук ВСУ в III квартале 2026 года, погиб 631 человек. Об этом сообщил на брифинге посол по особым поручениям МИД РФ по вопросам…
Тема дня
Президент Путин изменил мировой расклад Президент Путин изменил мировой расклад

Еще пять лет назад США и Европа пытались говорить с Россией исключительно с позиции силы. Однако сит...

Фото
Обсерватория имени Веры Рубин обнаружила еще два тусклых спутника Млечного пути Обсерватория имени Веры Рубин обнаружила еще два тусклых спутника Млечного пути

Массивные галактики, такие как Млечный Путь, имеют множество более мелких, тусклых спутников на свои...

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.

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)".