Пятница 24 апреля 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
Nature Medicine: Выявлено неожиданное влияние менструального цикла на организм Nature Medicine: Выявлено неожиданное влияние менструального цикла на организм Ученым Орхусского университета впервые удалось показать, что менструальный цикл воздействует на широкий спектр белков в организмах женщины. Работу опубликовали в журнале Nature Medicine. До этого времени такие исследования были ограничены…
Невероятно, но факт: сыворотка с кофеином вернула волосы за несколько недель Невероятно, но факт: сыворотка с кофеином вернула волосы за несколько недель Новое исследование тайваньских специалистов даёт шанс людям, страдающим от резкого выпадения волос. В составе их инновационного средства - кофеин, пантенол и растительные везикулы, рассказал ресурс medrxiv.org. Каждый из участников эксперимента…
Скрытая система сооружений переосмысливает происхождение столицы империи инков Скрытая система сооружений переосмысливает происхождение столицы империи инков Масштабная программа дистанционного зондирования, проведенная на густой растительности археологического парка Саксайуаман, выявила сеть дорог, террасных систем и ранее невидимых архитектурных сооружений, что заставляет переосмыслить этапы формирования столицы империи инков. Данные,…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 154 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 154 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 154 украинских БПЛА над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Беспилотники атаковали промышленные предприятия в Новокуйбышевске Самарской области. Предварительно, есть пострадавшие, погиб человек. Также есть…
Гладков: в Белгородской области при атаке FPV-дрона ВСУ погиб мужчина Гладков: в Белгородской области при атаке FPV-дрона ВСУ погиб мужчина Вооруженные силы Украины с помощью FPV-дрона атаковали территорию частного домовладения в Белгородской области, погиб мужчина, ранения получил его отец. Об этом сообщил губернатор Вячеслав Гладков в своем Telegram-канале. "В селе…
Мирошник: в первой четверти 2026 года ежедневно подвергались атакам БПЛА 19 россиян Мирошник: в первой четверти 2026 года ежедневно подвергались атакам БПЛА 19 россиян Ежедневно около 19 мирных жителей России в первой четверти 2026 года попадали под удары украинских дронов. Об этом заявил посол по особым поручениям МИД РФ по вопросам преступлений киевского режима…
Тема дня
Германия бросает свой автопром в печь милитаризации Германия бросает свой автопром в печь милитаризации

Поиск путей выхода из экономического кризиса вывел Германию на рельсы милитаризации: ради наращивани...

Фото
Ученые выяснили, где заканчивается наша Галактика Ученые выяснили, где заканчивается наша Галактика

Астрономы использовали возраст звёзд, чтобы определить точку, где диск Млечного Пути становится наст...

Опрос

Через месяц после начала войны в Иране на чьей стороне преимущество?

 

Анекдот дня

Кто виноват?

Что делать?

А зачем?

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)".