Понедельник 13 мая 2024 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
Главное за сутки
В Белгороде в результате обстрела ВСУ обрушился подъезд жилого дома В Белгороде в результате обстрела ВСУ обрушился подъезд жилого дома Целый подъезд жилого 10-этажного дома обрушился на юго-западе Белгорода после повреждения обломками сбитого украинского снаряда. Пока сообщается о 17 пострадавших, их число может еще вырасти. ТАСС собрал основное, что известно…
Минобороны: ПВО ночью уничтожила над Россией две ракеты «Точка-У» и шесть БПЛА Минобороны: ПВО ночью уничтожила над Россией две ракеты «Точка-У» и шесть БПЛА Российские средства противовоздушной обороны (ПВО) уничтожили за ночь две ракеты "Точка-У" над Белгородской областью, пять беспилотников над Брянской и Липецкой областями, а также перехватили один дрон над Волгоградской областью. Об…
Губернатор Бочаров: на Волгоградском НПЗ после падения БПЛА вспыхнул пожар Губернатор Бочаров: на Волгоградском НПЗ после падения БПЛА вспыхнул пожар Возгорание возникло на территории Волгоградского НПЗ в результате падения БПЛА, пожар ликвидировали, жертв нет. Об этом сообщил губернатор Волгоградской области Андрей Бочаров. "В результате последствий падения БПЛА с последующей детонацией…
Интернет и СМИ
Читайте также
AAEM: клещи предпочитают II группу крови AAEM: клещи предпочитают II группу крови Ученые из Чехии провели исследование, выявив, что клещи, переносящие бактерию, вызывающую болезнь Лайма, предпочитают определенные группы крови человека. Исследование, проведенное командой учёных из Университета Масарика в Чехии, показало, что II…
Исследовательская группа обнаружила новое свойство света Исследовательская группа обнаружила новое свойство света Исследовательская группа, возглавляемая химиками из Калифорнийского университета в Ирвине, обнаружила ранее неизвестный способ взаимодействия света с материей. Это открытие может привести к улучшению систем солнечной энергии, светодиодов, полупроводниковых лазеров и…
Phys: археологи ищут разгадку тайн римских 12-гранников Phys: археологи ищут разгадку тайн римских 12-гранников Древние додекаэдры, или 12-гранники, на протяжении веков находят археологи в различных уголках бывшей Римской империи. Всего известны более 130 таких загадочных объектов, но до сих пор их назначение остается тайной.…
Тема дня
Как советский тыл брал Берлин и спасал немецкое население Как советский тыл брал Берлин и спасал немецкое население

В День Победы справедливо говорят о героизме наступавших советских войск – пехоты, ВВС, танкистов и ...

Фото
Как улучшить зрение с помощью света, выяснили ученые Как улучшить зрение с помощью света, выяснили ученые

Исследователями из Института офтальмологии Университетского колледжа Лондона провели исследование, п...

Опрос

Продолжат ли США оказывать Украине финансовую и военную помощь в будущем?

 

Анекдот дня

Шли первые дни мая. Мы от радости даже печку затопили...

Еще »
Комментарии для сайта Cackle
Мы на одноклассниках
 

 

МЫ ВКОНТАКТЕ

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-83392 от 07.06.2022, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи,

информационных технологий и массовых коммуникаций. 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)".