Понедельник 09 февраля 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
Редкий свинцовый трубопровод длиной 116 метров обнаружен в Петре Редкий свинцовый трубопровод длиной 116 метров обнаружен в Петре Новое исследование акведука Айн-Брак в Петре выявило удивительно сложную систему водоснабжения, включая редкий свинцовый трубопровод, который предполагает, что инженеры перемещали воду под давлением по труднопроходимой местности. Наиболее примечательной находкой стал…
PNAS: Выяснилось, что учёные ошибались насчет природы камней в почках PNAS: Выяснилось, что учёные ошибались насчет природы камней в почках Впервые специалистам удалось обнаружить, что даже считающиеся неинфекционными камни в почках часто содержат бактерии. Это кальций-оксалатные камни, наиболее распространенный вид мочекаменной болезни. Исследование провели учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.…
Нейробиолог назвал зумеров первым поколением, уступающим предшественникам по уму Нейробиолог назвал зумеров первым поколением, уступающим предшественникам по уму Нейробиолог Джаред Хорват в интервью The New York Post рассказал, что представители поколения, родившееся в период с 1997 года по начало 2010-х, страдают когнитивной отсталостью из-за излишней зависимости от цифровых…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 69 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 69 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 69 украинских беспилотников над регионами России, сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены 69 украинских беспилотных летательных аппаратов…
ВСУ за сутки атаковали Белгородскую область с помощью 60 БПЛА  ВСУ за сутки атаковали Белгородскую область с помощью 60 БПЛА  Вооруженные силы Украины (ВСУ) атаковали населенные пункты Белгородской области с помощью 60 беспилотников и выпустили более 20 боеприпасов за минувшие сутки. Об этом сообщили в Telegram-канале оперштаба региона. "В Борисовском…
Хинштейн: ВСУ обстреляли отселенные районы Курской области 31 раз за сутки Хинштейн: ВСУ обстреляли отселенные районы Курской области 31 раз за сутки 54 беспилотника Вооруженных сил Украины (ВСУ) были сбиты в Курской области за прошедшие сутки, 31 раз был зафиксирован обстрел отселенных районов Курской области ВСУ. Об этом сообщил губернатор региона Александр…
Тема дня
Как польская русофобия породила Холокост Как польская русофобия породила Холокост

У Варшавы в 1939 году была «золотая акция»: во многом от ее позиции зависело, будет ли подписан обор...

Фото
Ученые считают, что в 2023 году на Землю упала умирающая черная дыра Ученые считают, что в 2023 году на Землю упала умирающая черная дыра

Согласно нашим лучшим теоретическим представлениям, чёрные дыры могут перестать существовать. Они ис...

Опрос

Получат ли США Гренландию?

 

Анекдот дня

Тому, кто нас ненавидит, мешать не надо - пусть мучается дальше!

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)".