В России получили материал для оптоэлектроники будущего

Российские учёные создали уникальный материал, который позволяет легко управлять потоком терагерцевых волн. Забегая вперёд, скажем, что новинка пригодится в самых разных областях: от транспортной безопасности до контроля качества пищевых продуктов. Терагерцевые волны – основа будущих сетей связи формата 6G. Кроме того, их уже сейчас применяют для просвечивания чемоданов в аэропортах и на вокзалах. На очереди контроль качества строительных материалов, а также лекарств и продуктов питания. Однако развитие всех этих технологий сдерживается досадным фактором: габаритами необходимого оборудования. "Сейчас типичные устройства, основанные на принципе управления потоком терагерцевых волн, довольно громоздки, что ограничивает их потенциальное применение, – рассказывает соавтор исследования Артём Макаревич из МГУ имени М. В. Ломоносова. – Особенно если принять во внимание постоянно растущие требования к миниатюризации и повышению эргономики устройств". В связи с этим многие научные группы работают над тем, чтобы сделать нужные приборы достаточно компактными. А для этого нужны материалы, свойства которых позволяют управлять терагерцевым излучением. В частности, физикам нужны вещества, избирательно поглощающие терагерцевые волны. А для быстрого включения и отключения терагерцевого сигнала пригодились бы материалы, способные резко менять электрическое сопротивление. Перспективным кандидатом на эту роль является диоксид ванадия (VO2). При не столь уж высокой температуре 68 °C он меняет сопротивление в десятки и сотни тысяч раз, фактически превращаясь из металла в диэлектрик. Учитывая, что температуру тончащей плёнки вещества можно менять очень быстро, получается сверхбыстрый оптический переключатель для терагерцевых волн. Новый метод синтеза позволяет получить материал с удивительными свойствами. Фото Александра Кучерова/МГУ. Авторы новой работы усилили эти свойства диоксида ванадия, придав материалу необычную микроструктуру. Благодаря новому методу синтеза он приобретает форму, схожую с ёлочными иголками. Такой "колючий" оксид ванадия поглощает 90% падающего излучения на частоте 1,5 терагерца, в то время как на других частотах – всего 20%. Таким образом, это избирательный поглотитель терагерцевых волн. Впечатляет и его способность менять электрическое сопротивление: как только материал нагревается до 68 °C, оно возрастает в миллионы (!) раз. Это рекордные показатели, отмечают исследователи. Новый метод синтеза довольно сложен, потому что на результат влияет множество условий. С другой стороны, когда все параметры раз и навсегда подобраны оптимальным образом, процесс становится дешёвым и поэтому перспективным с коммерческой точки зрения. Сейчас учёные работают над тем, чтобы улучшить свойства материала и сделать его ещё более привлекательным для разработки оптической электроники. Например, они надеются уменьшить температуру перехода "металл – диэлектрик" с 68 °C до более низких значений. Научные статьи с результатами исследования опубликованы в журналах CrystEngComm и Ceramics International. К слову, ранее мы рассказывали о том, как извлекать энергию из терагерцевых волн. Писали мы и о том, как с их помощью читать закрытые книги. Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".