Физики разработали сенсор, способный «учуять» взрывчатку по одной молекуле

Схема спазера. Изображение: пресс-служба МФТИ

Ученые из МФТИ показали, что графен можно использовать для создания плазмонных приборов, способных обнаружить взрывчатые, ядовитые и другие органические вещества по единственной молекуле.

Плазмоны — это кванты плазменных колебаний, которые возникают на поверхности металлов, когда их облучают светом. Пространство, в котором происходит распространение волны плазменных колебаний, меньше длины этой волны, и плазменные колебания не огибают, а «натыкаются» даже на самые мелкие неровности на поверхности металла. Это значит, что их можно использовать для обнаружения отдельных молекул, что и предложили сделать ученые из МФТИ. Правда, у плазмонов есть недостаток: плазменные колебания на поверхности металлов быстро затухают.

Ученые решили эту проблему, предложив использовать графен. Графен — двумерный кристалл, одна из модификаций углерода, как алмаз или графит, только плоский — один слой атомов углерода. У графена высокая электропроводность, благодаря которой он может заменить металл для использования плазменных колебаний и позволит создать сверхчувствительные сенсоры.

Физики из МФТИ создали квантовую модель поведения плазмонов на графене и разработали концепцию поверхностного плазмонного лазера (спазера, англ. SPASER — surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation) с использованием графенового слоя.

Схема спазера
Схема спазера. Изображение: пресс-служба МФТИ


По принципу работы спазер схож с лазером, но в спазере вместо обычной электромагнитной волны генерируют поверхностный плазмон. Это устройство будет работать в инфракрасном диапазоне, в котором проводится изучение биологических молекул.

На основе «плазмонного лазера» можно создать сенсор, который обнаружит даже отдельные молекулы органики, например взрывчатки.

Статья опубликована в журнале Physical Review B.
Теги:

Читать еще на Чердаке: