Гибридный чудо-прибор найдет террориста по одной молекуле

В основе работы "чудо"-прибора - плазмоника. Это сегодня самый передовой край науки. В ряде технических систем она уже начинает теснить традиционную электронику. Сегодня инженеры сетуют, что возможности электронных систем достигли своего предела. Главные претензии? Не устраивает низкая скорость обработки данных и низкая информационная емкость. И здесь, казалось, есть очевидный выход: заменить электронику на оптику. У нее есть очевидные преимущества. Оптические системы работают практически со скоростью света, имеют огромные информационные емкости. Однако все эти явные плюсы перекрываются одним минусом: огромные для подобных оптических систем габариты.

И вот тут-то в дело вступает плазмоника. Она берет все лучшее от каждой из технологий. Малые габариты от электроники и высокую скорость и большую информационную емкость от оптики. Как же удалось создать подобный гибрид?

- Для этого на поверхности металла формируется так называемый плазмон, - объясняет один из авторов разработки Александр Дорофеенко. - Это своеобразное облако из свободных электронов, которые всегда есть в металле, и электромагнитного излучения, которым мы воздействуем на поверхность. Их взаимодействие и порождает плазмоны - волны, которые бегут по поверхности металла.

Вроде бы плазмон решает все проблемы. На его основе можно создавать самые разные системы, которые работают во много раз быстрее, чем электронные, имеют гигантскую информационную емкость, а главное наноразмеры (1 нанометр - 10 в минус девятой степени метра). Достоинства плазмоники столь очевидны, что надо срочно выпускать в люди эту принципиально новую технологию. Она сулит переворот в вычислительной технике. Однако хотя в ряде сфер плазмоника действительно уже начала применяться, но все же пока остается экзотикой. Почему?

- Все дело в электронах, - говорит Дорофеенко. - В плазмоне они долго не живут. Быстро поглощаются поверхностью металла, их энергия переходит в тело. Поэтому и пробег плазмона очень короткий. Это сильно ограничивает сферы его применения.

Как обойти это препятствие, превратить электрон из спринтера в марафонца? Сегодня в ведущих лабораториях мира исследуются разные варианты. Один из самых популярных - применить уже ставший знаменитым материал графен. За него, напомним, выпускникам МФТИ Андрею Гейму и Константину Новоселову в 2010 году была присуждена Нобелевская премия по физике. У графена целый букет удивительных свойств, в частности огромная подвижность электронов. Эксперименты показали, что на его поверхности толщиной всего в один атом плазмон живет во много раз дольше, чем на металле. Так был сделан важнейший шаг к тому, чтобы у плазмоники появились реальные перспективы. А затем последовал следующий, пожалуй, решающий.

Группа американских физиков создала аналог обычного лазера, но он излучает не кванты света, а плазмоны. Новый аппарат был назван спазер. Его размер составлял всего 44 нанометра. И сразу же новый прибор ученые начали приспосабливать для самых разных сфер. Например, в медицине для борьбы с опухолями. Такие очаги окружают множеством спазеров, которые своим излучением поражают раковые клетки.

- Мы предложили спазеру другую работу, - говорит Дорофеенко. - Матрица из таких наноспазеров, каждый из которых настроен на выявление определенного вещества, способна улавливать и различать предельно низкие концентрации органики. Такой прибор во много раз чувствительней, чем все нынешние устройства. Это принципиально важно для решения многих задач, в том числе и в борьбе с терроризмом.