Вторник 24 марта 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
Под Большим Солёным озером может находиться огромное водохранилище пресной воды Под Большим Солёным озером может находиться огромное водохранилище пресной воды На первый взгляд, Большое Соленое озеро выглядит как место, где пресной воде просто не место. Его поверхность покрыта толстым слоем соли, а сокращение береговой линии становится все большей проблемой для…
Обнаружен мир массой с Сатурн, вращающийся вокруг двух маломассивных звезд Обнаружен мир массой с Сатурн, вращающийся вокруг двух маломассивных звезд Международная группа исследователей объявила об открытии экзопланеты размером с Сатурн, вращающейся вокруг двух звезд типа M-карликов, которые меньше и холоднее нашего Солнца. Результаты этого невероятного открытия были опубликованы в журнале…
Астрономы обнаружили пару коричневых карликов, передающих друг другу массу Астрономы обнаружили пару коричневых карликов, передающих друг другу массу Известно, что двойные звёзды передают друг другу массу. В экстремальных случаях передача массы может даже вызвать взрыв сверхновой. Это происходит, когда белый карлик забирает материю у своего компаньона. Однако астрономы…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 249 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 249 украинских БПЛА Российские средства ПВО перехватили и уничтожили за ночь над регионами РФ 249 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены…
ВСУ за сутки атаковали Белгородскую область с помощью более 110 БПЛА  ВСУ за сутки атаковали Белгородскую область с помощью более 110 БПЛА  Вооруженные силы Украины (ВСУ) атаковали населенные пункты Белгородской области с помощью более 110 беспилотников и выпустили 8 боеприпасов за минувшие сутки. Об этом сообщили в Telegram-канале оперштаба региона. "В Грайворонском…
Хинштейн: ВСУ за сутки 39 раз обстреляли из артиллерии Курскую область Хинштейн: ВСУ за сутки 39 раз обстреляли из артиллерии Курскую область Более 50 беспилотников Вооруженных сил Украины были сбиты на территории Курской области за прошедшие сутки, 39 раз ВСУ атаковали отселенные районы региона при помощи артиллерии. Об этом сообщил губернатор Александр…
Тема дня
Война в Иране: польский интерес Война в Иране: польский интерес

Американо-израильская агрессия против Ирана вызвала у польских политиков приступ верноподданнических...

Фото
В Египте обнаружен второй по величине монастырский комплекс в истории страны В Египте обнаружен второй по величине монастырский комплекс в истории страны

Раскопки, проведенные египетской археологической миссией Высшего совета древностей в районе Аль-Кала...

Опрос

Как долго продлится операция США против Ирана?

 

Анекдот дня

Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!

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)".