Физики из МФТИ создали дешевый и компактный датчик "раздевающих" лучей

МОСКВА, 17 июн – РИА Новости. 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 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".