Вторник 10 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
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…
Ученые выявили пять различных режимов сна и бодрствования Ученые выявили пять различных режимов сна и бодрствования Новое исследование, проведенное учеными из Университета Макгилла, предполагает, что модели сна человека (хронотипы) располагаются в более широком биологическом спектре, причем каждый подтип связан с уникальными особенностями здоровья и поведения, что…
bioRxiv: Влияние зевоты на мозг удивило экспертов bioRxiv: Влияние зевоты на мозг удивило экспертов Зевота, как показало новое исследование, это не просто признак усталости или скуки, а процесс, заметно влияющий на работу мозга. Это вывод нейробиологов из австралийского Университета Нового Южного Уэльса, которые обнаружили,…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили шесть украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили шесть украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили шесть украинских беспилотников над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи с 23:00 мск до 07:00 мск дежурными средствами ПВО…
Хинштейн: ВСУ обстреляли отселенные районы Курской области 32 раза за сутки Хинштейн: ВСУ обстреляли отселенные районы Курской области 32 раза за сутки В Курской области сбили 31 беспилотник Вооруженных сил Украины (ВСУ) за прошедшие сутки, 32 раза ВСУ применили артиллерию по приграничным районам региона. Об этом сообщил губернатор Александр Хинштейн. "Всего в…
Мирошник: за неделю от ударов ВСУ погибли 14 человек, более 100 были ранены Мирошник: за неделю от ударов ВСУ погибли 14 человек, более 100 были ранены Более 100 мирных жителей РФ, в том числе 9 детей, на минувшей неделе получили ранения в результате ударов со стороны Вооруженных сил Украины, еще 14 человек погибли. Как сообщил ТАСС…
Тема дня
Как Франция готовится к войне с Россией Как Франция готовится к войне с Россией

Крупнейшие за последние годы военные учения начались во Франции. Легенда учений и странна, и показат...

Фото
В скелете последнего бизона Иберийского полуострова обнаружен наконечник стрелы В скелете последнего бизона Иберийского полуострова обнаружен наконечник стрелы

Археологические коллекции правительства Наварры представили научному сообществу и общественности иск...

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)".