Четверг 15 октября 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
Три супервулкана могут извергнуться и радикально изменить климат Земли Три супервулкана могут извергнуться и радикально изменить климат Земли Когда геологи оценивают масштабные планетарные супервулканы, в глобальных сетях мониторинга доминируют три вулканические системы: Таупо в Новой Зеландии, Йеллоустон в США и Флегрейские поля в Италии. Ни одно агентство мониторинга…
Температура тела тираннозавра была на удивление похожа на человеческую Температура тела тираннозавра была на удивление похожа на человеческую Ископаемые зубы свидетельствуют о том, что тираннозавр поддерживал температуру тела, схожую с человеческой, что дает новые подсказки о метаболизме и выживании динозавров. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.…
Разрушение звезды привело к неожиданному открытию блуждающей черной дыры  Разрушение звезды привело к неожиданному открытию блуждающей черной дыры  Сверхмассивные черные дыры располагаются в центре галактик, но не исключительно. В результате слияний и других космических взаимодействий некоторые сверхмассивные черные дыры могут оказаться в других местах. Неудачный случай позволил определить…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Возгорание на территории НПЗ в Рязанской области и 166 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Возгорание на территории НПЗ в Рязанской области и 166 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 166 украинских беспилотников над российскими регионами. Об этом сообщили в Минобороны РФ. Возгорание на территории нефтеперерабатывающего завода произошло в Рязанской области из-за массовой…
Шуваев: за сутки в Белгородской области от атак ВСУ пострадали два человека Шуваев: за сутки в Белгородской области от атак ВСУ пострадали два человека Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области 59 раз за прошедшие сутки. В результате ранения получили два мирных жителя, сообщил губернатор региона Александр Шуваев в "Максе". "За минувшие сутки ВСУ…
Предотвращение диверсии на военных объектах. Главное о задержании в России подданного Швеции  Предотвращение диверсии на военных объектах. Главное о задержании в России подданного Швеции  ФСБ России задержала подданного Швеции, участвовавшего в боевых действиях на стороне Киева, за незаконное пересечение границы. Он ехал в РФ для совершения терактов на военных объектах, сообщили в Центре общественных…
Тема дня
Зачем Зеленский хамит президенту Трампу Зачем Зеленский хамит президенту Трампу

Трамп может, конечно, попытаться сгладить конфликт и не обращать внимания на хамство главы киевского...

Фото
Астрономы обнаружили загадочный сигнал, исходящий из пустого космоса Астрономы обнаружили загадочный сигнал, исходящий из пустого космоса

В созвездии Печи на южном полушарии неба находится крошечный клочок неба, ничем не отличающийся от д...

Опрос

Останется-ли Сербия дружественной России страной?

 

Анекдот дня

Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!

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.

Популярные новости
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)".