Материалы портала «Научная Россия»

Физики из МФТИ выяснили, как использовать дешевые разновидности графена для создания датчиков терагерцового излучения

Физики из МФТИ выяснили, как использовать дешевые разновидности графена для создания датчиков терагерцового излучения
В перспективе терагерцовое излучение можно приспособить для сверхскоростной передачи информации, наблюдения за работой живых клеток в режиме реального времени и множества других целей

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, сообщает РИА Новости. 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 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, как отмечает пресс-служба МФТИ, 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, 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.

Как отмечают исследователи, она хорошо описывает результаты экспериментов без каких-либо поправок, и ее можно применять для дальнейшего совершенствования датчиков "раздевающих лучей".

 

Источник: ria.ru

графен терагерцовое излучение

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.