Понедельник 06 июля 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
Радар обнаружил в Узбекистане скрытый 2000-летний греческий военный лагерь Радар обнаружил в Узбекистане скрытый 2000-летний греческий военный лагерь Хотя образ Александра Великого широко распространен в народе, он был талантливым военным стратегом, который, несмотря на превосходство противника, одерживал победы над персидскими армиями, превосходящими по численности его собственную. Казалось, Александр…
Загадочная цивилизация существовала в Андах на 500 лет раньше инков Загадочная цивилизация существовала в Андах на 500 лет раньше инков Загадочная империя инков вызывает непрекращающийся интерес у многих, представляя собой крупнейшее и наиболее развитое общество доколумбовой Америки. Но задолго до того, как западное побережье Южной Америки оказалось под властью инков,…
Флоресские гоминины-«хоббиты» доели мясо за варанами Флоресские гоминины-«хоббиты» доели мясо за варанами Согласно исследованию костей животных, найденных в пещерах, эти миниатюрные древние люди, прозванные хоббитами, которые жили на индонезийском острове Флорес примерно до 50 000 лет назад, обладали ограниченными охотничьими навыками. Вместо…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Пострадавшие в Ярославле и 519 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Пострадавшие в Ярославле и 519 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили 519 украинских беспилотников над российскими регионами и акваторией Азовского моря, сообщили в Минобороны РФ. Два человека получили осколочные ранения в результате массовой…
Аксенов: в Крыму человек погиб при атаке ВСУ, еще два мирных жителя пострадали Аксенов: в Крыму человек погиб при атаке ВСУ, еще два мирных жителя пострадали Жительница Керчи погибла в результате ночной атаки ВСУ на Республику Крым, еще два человека пострадали, сообщил глава региона Сергей Аксенов. "К сожалению, в результате вражеской атаки БПЛА на Республику Крым…
ВС России нанесли ответный удар по объектам ВПК, ТЭК и аэродромам на Украине. Что известно ВС России нанесли ответный удар по объектам ВПК, ТЭК и аэродромам на Украине. Что известно Вооруженные силы РФ ночью в ответ на атаки Киева нанесли массированный удар, сообщили в Минобороны России. По данным ведомства, в результате поражены предприятия ВПК, объекты ТЭК в Киеве и области,…
Тема дня
Страх перед Россией делает Прибалтику невыносимой для немецких солдат Страх перед Россией делает Прибалтику невыносимой для немецких солдат

Германское военное ведомство вынуждено признать: немецкие военнослужащие не хотят выполнять свой «со...

Фото
GeroScience: Учеными раскрыт общий секрет долгожителей GeroScience: Учеными раскрыт общий секрет долгожителей

Команда ученых из Бостонского университета обнаружила, что в крови людей старше 100 лет содержится н...

Опрос

Что будет с дальнейшими поставками российского газа в Армению?

Прекратятся полностью - 52.1%
Продолжатся, но уже без скидок, по мировым рыночным ценам - 16.5%
Все останется без изменений - 14.7%

Всего голосов:: 1726

 

Анекдот дня

Всегда смущало наличие в ПДД гужевой повозки. Сейчас вообще вопросов не возникает.

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)".