Новости

Физики из МФТИ создали дешевый и компактный датчик «раздевающих» лучей

18 июля 2019 Рубрика: Новости организаций Ключевые слова: МФТИ, датчики, терагерцовое излучение, графен, исследования

Российские ученые выяснили, как можно использовать дешевые разновидности графена для создания датчиков терагерцового излучения, что позволит производить их в промышленных количествах и ускорит их проникновение в нашу жизнь. Их выводы были представлены в журнале Physical Review Applied.

Терагерцовое излучение относится к числу самых перспективных направлений исследований в области оптики, микроэлектроники и в других высокотехнологичных сферах. В перспективе, волны такого типа можно приспособить для сверхскоростной передачи информации, наблюдения за работой живых клеток в режиме реального времени и множества других целей.

Одна из таких целей и самое известное свойство этого излучения — теоретическая способность делать наблюдаемые объекты «прозрачными». К примеру, недавно ученые из MIT научились читать закрытые книги, используя источник и приемник Т-излучения и специальную программу, анализирующую получаемые ими снимки.

Распространению подобных технологий мешает то, что все существующие сегодня детекторы подобных волн имеют огромные размеры, они устроены крайне сложно с технической точки зрения и потребляют большие количества электричества.

Причина этого проста — терагерцовые волны обладают слишком большой длиной для того, чтобы их можно было улавливать при помощи транзисторов, аналогичных тем, на базе которых построены светочувствительные матрицы во всех цифровых камерах и телескопах.

В конце прошлого года нобелевский лауреат Андрей Гейм, а также их коллеги из МФТИ, представили первое решение для этой проблемы, использовав графен в качестве основы для создания компактного и при этом чувствительного детектора «раздевающих лучей».

Для этого ученые соединили своеобразный «бутерброд» из нескольких слоев графена, а также нитрида бора, его близкого «кузена», с антенной из наночастиц, способной улавливать подобные электромагнитные колебания. Графен и второй плоский материал играли роль своеобразного усилителя сигнала, помогавшего ученым улавливать терагерцовые волны и фокусироваться на определенной части их спектра.

Это устройство работает очень хорошо, однако, как отмечает Дмитрий Свинцов, один из его создателей из Московского физико-технического института, у него есть один большой недостаток, не позволяющий производить подобные датчики «раздевающих лучей» в больших количествах.

Дело в том, что эти приборы были изготовлены из сверхчистого графена, произведенного фактически вручную, при помощи методики, за открытие которой Андрей Гейм и Константин Новоселов были удостоены Нобелевской премии в 2010 году. Каждый подобный фрагмент изготавливается несколько месяцев, что делает эту методику производства графена непригодной для промышленного применения.

За последние годы физики и химики создали несколько других методик производства «нобелевского» углерода, позволяющих получать достаточно большие фрагменты этого материала в больших количествах за короткое время.

К примеру, графен можно достаточно легко получать, пропуская смесь из метана, водорода и благородных газов через специальные печи, покрытые листами из меди и никеля. Со временем, на их поверхности возникает пленка из небольших «чешуек» плоского углерода, несколько уступающих по качеству классической версии этого материала, что усложняет работу с ним.

Как отмечает пресс-служба МФТИ, российские физики потратили более года на то, чтобы научиться работать с этим материалом и управлять его свойствами. Вдобавок, теоретики, просчитавшие характер взаимодействия «антенн» и пленок из графена и нитрида бора, пришли к выводу, что эта форма «нобелевского углерода» в принципе не сможет улавливать терагерцовые волны.

Их скепсис был связан с тем, что «дешевый» графен, в отличие от его классического собрата, содержит в себе множество дефектов, мешающих электронам беспрепятственно путешествовать по его листам. Чем дольше частица может двигаться по материалу, тем больше шансов, что она сможет «уловить» сигналы, воспринимаемые антеннами, и передать эту информацию ученым.

Несмотря на это Дмитрий Свинцов и его коллеги все же решили провести эксперимент. Их смелость была вознаграждена — электроны в графене действительно реагировали на сигналы, порождаемые антеннами, однако они вели себя не так, как предсказывала теория. Проанализировав их поведение и изучив то, как на них влияли колебания электронов в «зубьях» антенны, похожей по форме на расческу, физики сформулировали новую теорию, описывающую их поведение. Теория хорошо описывает результаты экспериментов без каких-либо поправок, и ее можно применять для дальнейшего совершенствования датчиков «раздевающих лучей».

Добавить комментарий

  • 29
  • 30
  • 31
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 1