Понедельник 29 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
В организме японской древесной лягушки обнаружен мощный противораковый препарат В организме японской древесной лягушки обнаружен мощный противораковый препарат Ученые обнаружили многообещающий новый подход к борьбе с раком, используя кишечную микрофлору японской древесной лягушки. Один из штаммов полностью уменьшил опухоли у мышей, не вызвав при этом серьезных побочных эффектов.…
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 проекте «4D-нуклеом», создали подробную карту, которая не только демонстрирует геном человека в 3D, но и показывает,…
В недрах Земли обнаружено загадочное состояние материи В недрах Земли обнаружено загадочное состояние материи Выпуская крошечные снаряды из железоуглеродистого сплава из высокоскоростной пушки, ученые наконец продемонстрировали, что странное частично твердое, частично жидкое состояние, которое, как считалось, существует внутри ядра Земли, действительно возможно. Результаты нового…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России уничтожили 25 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России уничтожили 25 украинских БПЛА Российские средства ПВО за ночь уничтожили 25 украинских БПЛА над регионами РФ. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО уничтожены 25 украинских беспилотных летательных…
Центробанк расширил список признаков мошеннических переводов Центробанк расширил список признаков мошеннических переводов ЦБ РФ существенно расширил список признаков, указывающих на потенциальные мошеннические операции, к каким последствиям это приведет, выяснило РИА Новости, опросив аналитические центры. Ранее в декабре ЦБ РФ рассказал о расширении…
За сутки Белгородскую область атаковали почти 60 БПЛА  За сутки Белгородскую область атаковали почти 60 БПЛА  Вооруженные силы Украины с помощью почти 60 беспилотников атаковали восемь муниципальных округов Белгородской области за минувшие сутки. Об этом сообщили в Telegram-канале оперштаба региона. "В Волоконовском округе по селам Борисовка,…
Тема дня
На Украине системно перетряхивают «слуг» Зеленского На Украине системно перетряхивают «слуг» Зеленского

Национальное антикоррупционное бюро Украины разоблачило в Верховной раде преступную группу депутатов...

Фото
Бессонница может быть вызвана нарушением циркадных ритмов Бессонница может быть вызвана нарушением циркадных ритмов

Новые исследования предполагают, что хроническая бессонница может быть вызвана нарушением внутренних...

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)".