11.03.2020
СФУ
3 525

Предсказано существование новых плазмонов, пригодных для создания сверхчувствительных биосенсоров

4.8

Научно-исследовательская группа ученых СФУ и ФИЦ КНЦ СО РАН предсказала существование нового типа плазмонов, связанных с переносом заряда. Эксперты оценивают полученный результат как весьма яркий и многообещающий с точки зрения создания основы для создания сверхчувствительных биосенсоров нового поколения.

Предсказано существование новых плазмонов, пригодных для создания сверхчувствительных биосенсоров / ©medlibrary

Работа опубликована в рейтинговом международном журнале Journal of Chemical Physics. Наноплазмоника на сегодняшний день считается одной из самых быстроразвивающихся областей нанофотоники. Именно открытия в наноплазмонике могут внести решающий вклад в развитие биомедицины, солнечной энергетики и телекоммуникационных технологий. Исследователям из СФУ удалось предложить совершенно новый тип плазмонных частиц, которые имеют значительный потенциал.

«В отличие от хорошо известных «классических» плазмонов, которые генерируются, например, в наночастицах серебра и золота под действием внешнего электромагнитного поля, мы рассмотрели плазмоны, появляющиеся в металлических (золотых) наночастицах, связанных посредством мостиков (линкеров) — проводящих органических молекул (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема системы для генерации плазмонов с переносом заряда / ©Пресс-служба СФУ



Поведение классических плазмонов хорошо описывается классическими же уравнениями Максвелла. А в нашем случае значительную роль играют скорее квантовые эффекты, поэтому стандартные программы для решения уравнений Максвелла неприменимы. Кроме того, существует проблема описания свойств наночастиц, которые можно описать полностью квантовыми методами за разумное время с ограничением в несколько сот атомов в наночастице.

Чтобы преодолеть это ограничение и провести расчет плазмонных колебаний в рассматриваемой системе, мы разработали оригинальную гибридную квантово-классическую модель, учитывающую квантовые эффекты, с основными параметрами, полученными из квантово-химического моделирования», – отмечает один из авторов исследования, профессор СФУ Александр Федоров.

Ученые рассмотрели систему, состоящую из двух золотых наночастиц, связанных молекулой полиацетилена. Наночастицы в этой системе проявляют металлические свойства благодаря тепловому расширению уровней энергии вблизи энергии Ферми, которые важны для реализации предложенной модели возникновения плазмонов при переносе заряда между двумя наночастицами.

При этом проводящая молекула-мостик фактически является одномерным проводником, в котором электроны или дырки движутся в баллистическом режиме из-за того, что длина свободного пробега носителей значительно превышает длину мостика. 
«Ключевым моментом нашей модели является рассмотрение динамики электронов в системе, которая описывается на языке волновой функции. Под действием электрического поля электроны проводимости ускоряются, что приводит к изменению их квазиимпульса и кинетической энергии.

Изменение этих величин можно легко рассчитать, зная только структуру соответствующей зоны и эффективную массу электрона. В разработанной нами теории мы установили связь между квантовыми и классическими величинами — квазиимпульсом, импульсом и внешней силой, действующей на свободные носители.

Расчеты показали, что рассматриваемая система действительно обладает металлическими свойствами и может проводить постоянный или переменный ток, что может приводить к появлению плазмонов. При этом плазмонная частота, которая и интересна для приложений, смещается в инфракрасную область», – пояснил старший научный сотрудник СФУ Павел Краснов.

Авторы работы провели ряд необходимых квантово-химических расчетов и установили, что предложенный новый тип плазмонов и связанная с ними плазмонная частота отличаются высокой чувствительностью к внешнему окружению.

«Мы полагаем, что предложенный тип плазмонов может широко применяться в качестве химических зондов и биозондов. Это связано с тем, что при адсорбировании внешних молекул на молекуле мостика проводимость этой «мостовой» частицы будет очень резко меняться и это, в свою очередь, повлияет на частоту плазмонов, которую легко измерить. В принципе, разработанная нами гибридная квантово-химическая модель интересна и сама по себе.

Она закладывает основу для достаточно простого квантово-классического моделирования плазмонных систем и может применяться в широком спектре еще нерешенных задач плазмоники», – заключил соавтор исследования, ведущий научный сотрудник СФУ Сергей Полютов.

Исследование выполнено в рамках гранта РНФ.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сибирский федеральный университет — высшее учебное заведение, расположенное в Красноярске. Первый в России федеральный университет. Крупный научно-исследовательский и образовательный центр в России. Крупнейший университет восточной части России.
Вчера, 17:39
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

Вчера, 09:18
Мария Азарова

Множество людей по всему миру привились вакциной CoronaVac китайского производства. По данным ученых из США и Доминиканской Республики, судя по всему, этот препарат практически не защищает от распространяющегося в последние месяцы омикрон-штамма с несколькими десятками мутаций в S-белке.

21 января
Илья Ведмеденко

Заслуженные штурмовики A-10 и Су-25, которым дали прозвища «Бородавочник » и «Грач» соответственно, много десятилетий стоят на службе в Соединенных Штатах и России. Страны избрали разные подходы к модернизации этих самолетов, и сегодня Naked Science постарается понять, какой из них больше соответствует требованиям XXI века.

21 января
Илья Ведмеденко

В конце 2021 года российским ВКС передали два новых Су-57. О поставке первого серийного истребителя пятого поколения сообщили в 2020-м.

Вчера, 17:39
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

Вчера, 09:18
Мария Азарова

Множество людей по всему миру привились вакциной CoronaVac китайского производства. По данным ученых из США и Доминиканской Республики, судя по всему, этот препарат практически не защищает от распространяющегося в последние месяцы омикрон-штамма с несколькими десятками мутаций в S-белке.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: