Суббота 04 апреля 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   Теги Взрывчатка
Читайте также
В швейцарском озере обнаружен неолитический топор возрастом 4800 лет В швейцарском озере обнаружен неолитический топор возрастом 4800 лет Замечательно сохранившийся неолитический топор, найденный в портовой акватории Штекборна на озере Констанц, открывает новые перспективы для изучения доисторического ремесла, использования ресурсов и жизни озерных общин в Центральной Европе. Артефакт, датируемый…
Самая опасная птица в мире имеет причудливый светящийся головной убор Самая опасная птица в мире имеет причудливый светящийся головной убор Казуары, которых часто называют «самыми опасными птицами в мире», стали еще более интересными. У этих агрессивных, нелетающих птиц на голове есть структуры, называемые шлемами, назначение которых долгое время оставалось загадкой…
Рябь в пространстве-времени показывает, что некоторые черные дыры «запрещены» Рябь в пространстве-времени показывает, что некоторые черные дыры «запрещены» Как доказать, что в невообразимо огромной Вселенной определённые объекты не существуют? Этот вопрос мучает учёных, изучающих гравитационные волны — рябь в пространстве-времени, возникающую при слиянии двух массивных объектов, таких как…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
В Саратовской области автобус с детьми попал в ДТП В Саратовской области автобус с детьми попал в ДТП Автобус с детьми попал в ДТП в Саратовской области, сообщил губернатор региона Роман Бусаргин в канале в Мах. По его информации, пострадали 10 человек. ТАСС собрал основное о ЧП. ДТП…
Пассажирский поезд сошел с рельсов в Ульяновской области Пассажирский поезд сошел с рельсов в Ульяновской области Пассажирские вагоны поезда Челябинск - Москва сошли с рельсов в Ульяновской области в районе станции Бряндино, сообщили в РЖД. Предварительно, семь человек пострадали, в том числе ребенок. Об этом ТАСС…
МО: за ночь над регионами России сбили 192 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 192 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 192 украинских БПЛА над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны РФ. В Ленинградской области в результате падения БПЛА пострадали два человека. ТАСС собрал основное…
Тема дня
Нынешний курс Пашиняна несет армянам большие экономические проблемы Нынешний курс Пашиняна несет армянам большие экономические проблемы

Никол Пашинян рассказал об «очень успешном» визите в Москву и переговорах с Владимиром Путиным. Одна...

Фото
Неожиданные находки ископаемых отодвигают назад эволюцию сложных животных Неожиданные находки ископаемых отодвигают назад эволюцию сложных животных

Огромная и прекрасно сохранившаяся коллекция ископаемых, обнаруженная в Китае, ставит под сомнение и...

Опрос

Через месяц после начала войны в Иране на чьей стороне преимущество?

 

Анекдот дня

Март - блины, апрель - куличи, май - шашлыки... и куда, скажите, мне втиснуть эту вашу диету?!

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)".