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 тончайшей плёнки вещества можно менять очень быстро, получается сверхбыстрый оптический переключатель для терагерцевых волн.

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".