Понедельник 07 сентября 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
Свекла и кактусы обладают общим красным пигментом, помогающим выживать в пустыне Свекла и кактусы обладают общим красным пигментом, помогающим выживать в пустыне Возможно, яркие пигменты помогали родственникам кактусов переносить засуху еще до того, как сочность стала важной стратегией выживания. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале New Phytologist. Взгляните на кактус, и…
Учёные объяснили, как звёзды создают и доставляют элементы, формирующие жизнь Учёные объяснили, как звёзды создают и доставляют элементы, формирующие жизнь Ученые как никогда близки к пониманию того, как звезды формируют элементы, из которых состоят наша планета, небесные тела и практически все остальное вокруг нас, — и они получают более четкое…
После нападения насекомых растения оставляют в почве предупреждающие сигналы После нападения насекомых растения оставляют в почве предупреждающие сигналы Нападения насекомых могут изменять почву вокруг корней растений, оставляя микробные сигналы, которые влияют на то, как будущие растения будут защищаться от вредителей. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Cell…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 258 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 258 украинских БПЛА Российские силы ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ, а также над акваториями Черного и Азовского морей 258 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России.…
Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ за сутки погибли три человека Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ за сутки погибли три человека Вооруженные силы Украины атаковали Белгородскую область более 100 раз за прошедшие сутки, в результате погибли три мирных жителя, еще четверо пострадали. Об этом сообщил врио губернатора Белгородской области Александр Шуваев…
Слюсарь: в Ростове-на-Дону из-за атаки ВСУ пострадали три человека Слюсарь: в Ростове-на-Дону из-за атаки ВСУ пострадали три человека Три человека, по последним данным, пострадали в результате утренней атаки БПЛА в Ростове-на-Дону, двое доставлены в больницу. Об этом в "Максе" сообщил губернатор Юрий Слюсарь. "Возросло количество пострадавших в результате…
Тема дня
Япония захотела вырвать хризантему из советской Победы Япония захотела вырвать хризантему из советской Победы

Япония потребовала убрать изображение хризантемы с мемориального комплекса «Победа на Востоке» в Хаб...

Фото
Археологи обнаружили 1200-летнюю бесшерстную собаку на древнем памятнике в Перу Археологи обнаружили 1200-летнюю бесшерстную собаку на древнем памятнике в Перу

Остатки костей и мумифицированная собака свидетельствуют о том, что собаки жили бок о бок с людьми. ...

Опрос

Доживет ли Украина до своего 40-летнего юбилея?

 

Анекдот дня

- Алло, это Ветслужба? Я бы хотел зарегистрировать кроликов в своём подсобном хозяйстве...

- Хорошо. Сколько их у вас?

- Пятнадцать...

- Сколько?

- Семнадцать...

- Пятнадцать, или семнадцать?

- Двадцать один...

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)".