Пятница 06 ноября 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
Опасная марсианская пыль может попасть в мозг астронавтов Опасная марсианская пыль может попасть в мозг астронавтов Исследование Марса человеком рассматривается как следующий большой шаг вперед после возвращения на Луну и создания лунной базы. Существует большая неопределенность относительно того, как это произойдет, и большая неопределенность относительно безопасности…
Выращенные в лаборатории мозги показывают, что отличает человека от обезьяны Выращенные в лаборатории мозги показывают, что отличает человека от обезьяны У людей и обезьян практически одинаковые гены, однако человеческий мозг значительно увеличился в размерах. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, указывает на то, как эти гены используются, а не на…
Ученые находятся на пороге доступа к миру, в миллион раз меньшему, чем протон Ученые находятся на пороге доступа к миру, в миллион раз меньшему, чем протон В ходе эксперимента в ЦЕРНе были обнаружены первые признаки распада частиц, настолько редкие, что это должно происходить лишь один раз примерно из 10 миллиардов попыток, после более чем 40-летних поисков.…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Пожар на предприятии на Кубани и 142 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Пожар на предприятии на Кубани и 142 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 142 украинских беспилотника над российскими регионами, а также акваториями Черного и Азовского морей. Об этом сообщили в Минобороны РФ. Из-за падения обломков БПЛА…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ пострадали три человека Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ пострадали три человека Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области порядка 110 раз за прошедшие сутки, ранения получили три мирных жителя, сообщил губернатор региона Александр Шуваев в "Максе". "В Шебекинском округе получили ранения…
Поражены аккумуляторный парк в Киевской области и сухогруз. Удары ВС России по объектам на Украине Поражены аккумуляторный парк в Киевской области и сухогруз. Удары ВС России по объектам на Украине ВС России ночью ударили дронами по объектам энергетического комплекса и Украины и судам, которые использовались в интересах ВСУ, сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное о пораженных целях. Заявление Минобороны…
Тема дня
В Польше раскол решили лечить национальным страхом В Польше раскол решили лечить национальным страхом

Соцопросы показали отношение поляков к тому, что одни называют госпереворотом, а другие, наоборот, в...

Фото
Загадочные трубки обнаружены среди костяных орудий возрастом 6000 лет в Армении Загадочные трубки обнаружены среди костяных орудий возрастом 6000 лет в Армении

Обнаруженные в скальном убежище на юге Армении костяные орудия труда возрастом 6000 лет позволили по...

Опрос

Станет ли «операция в Алешках» началом чего-то большего?

 

Анекдот дня

Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.

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)".