Воскресенье 21 июня 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
В Калифорнии формируется опасный разлом с необычно высоким давлением В Калифорнии формируется опасный разлом с необычно высоким давлением Ученые предупреждают об опасных разломах в Калифорнии, давление в которых достигло самого высокого уровня за последние 1000 лет. Результаты исследования опубликованы в Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Это событие…
Nature: На дне океана найден китовый некрополь возрастом 5 миллионов лет Nature: На дне океана найден китовый некрополь возрастом 5 миллионов лет Китайские учёные обнаружили в абиссальном разломе между Австралией и Антарктидой самое крупное, глубокое и древнее китовое кладбище из всех найденных. Выяснилось, что вдоль 1200 километрового разлома Диамантина на глубине до …
ACS: Экспериментальный препарат сумел обратить вспять болезнь Альцгеймера ACS: Экспериментальный препарат сумел обратить вспять болезнь Альцгеймера Австралийская научная группа обнаружила, что экспериментальный препарат Cu(ATSM) с медью в составе снижает объёмы токсичных белков в мозге и улучшает память при болезни Альцгеймера. Опыты на животных показали, что вещство…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами РФ сбили 187 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами РФ сбили 187 украинских БПЛА  Российские средства ПВО перехватили и уничтожили над регионами РФ, акваториями Черного и Азовского морей 187 украинских БПЛА за ночь. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение ночи в период…
Ковальчук: в Брянской области при ударе дронов ВСУ погиб человек Ковальчук: в Брянской области при ударе дронов ВСУ погиб человек Мирный житель погиб в результате удара беспилотниками ВСУ по поселку Суземка в Брянской области. Также ранения получила женщина, сообщил в "Максе" врио губернатора региона Егор Ковальчук. "ВСУ атаковали FPV-дронами Суземку.…
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 (ВСУ) атаковали территорию Белгородской области 90 раз за минувшие сутки. В результате атак три человека в Волоконовском, Грайворонском и Шебекинском округах получили ранения, сообщил врио губернатора региона…
Тема дня
«Пророссийский бунт» в Европе душат в зародыше «Пророссийский бунт» в Европе душат в зародыше

В Европарламенте возмущены: один из депутатов посмел не просто приехать в Россию, но даже подписать ...

Фото
После десятилетий исследований было выявлено место появления современного хлопка После десятилетий исследований было выявлено место появления современного хлопка

Хлопок настолько распространен, что большинство людей редко задумываются о его происхождении. Он зап...

Опрос

Что будет с дальнейшими поставками российского газа в Армению?

 

Анекдот дня

Работа - это такая вещь, которая мешает получать удовольствие от жизни, помогая получать удовольствие от жизни.

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)".