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
