Главным открытием стали высокие проводящие свойства нового материала
НОВОСИБИРСК, 4 сентября. /ТАСС/. Физики из Новосибирска впервые в России создали технологию печати сверхтонких пленок из графеновых наночастиц для будущих систем связи 6G. Ученые Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Института физики полупроводников СО РАН (ИФП СО РАН) доказали, что такие материалы обладают проводимостью, сопоставимой с металлами, сообщили в пресс-службе института.
"В данной работе мы впервые применили методы терагерцевой плазмонной рефрактометрии для исследования оптических констант композитных пленок из графеновых наночастиц толщиной от 15 до 400 нм", - сказал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Василий Герасимов. Главным открытием стали высокие проводящие свойства нового материала. "Полученные нами результаты говорят о достаточно высокой проводимости исследуемого композитного материала, которая, по нашим оценкам, всего на 1-2 порядка меньше, чем у металлов. В будущем это позволит использовать его в терагерцевой интегральной плазмонике", - добавил он.
По словам его словам, главная трудность исследования была связана с особенностями строения композитного графена. Ученый пояснил, что изучать оптические свойства этого материала крайне сложно из-за его наноструктуры. В отличие от традиционных металлов, которые имеют однородную пленочную структуру со стабильной кристаллической решеткой, композитный графен построен из наночастиц - мельчайших структурных элементов размером в несколько нанометров, что значительно усложняет его анализ.
Уникальность графена определяется его толщиной на молекулярном уровне. "Все знают, как выглядит графит, потому что все видели кусок угля. Графен - это уже монослой толщиной от половины нанометра, материал хоть и являющийся производным графита, но обладающий абсолютно иными свойствами", - пояснила ведущий научный сотрудник Института физики полупроводников СО РАН, доктор физико-математических наук Ирина Антонова. По ее словам, существует прямая зависимость между толщиной материала и его характеристиками: чем тоньше становится структура, тем выше оказываются его проводимость и теплоемкость
Производство графеновых "чернил" представляет собой технологически сложный процесс, требующий точного соблюдения множества этапов обработки материала. "Если взять природный графит и размолоть его в диспергаторе, устройстве, похожем на бытовой блендер, получится крупный и тяжелый песочек", - пояснил научный сотрудник ИФП СО РАН, кандидат физико-математических наук Артем Иванов. По его словам, только после химической обработки и разделения по фракциям получаются настоящие чернила, которые "уже можно заливать в принтер и печатать пленки с заданными свойствами".
Для изучения характеристик графеновых пленок ученые использовали поверхностные плазмон-поляритоны - особый тип электромагнитных волн. "Эти волны, прилегая к поверхности проводника и двигаясь вдоль нее, проникают на очень небольшую глубину в материал и отлично "чувствуют" его оптические свойства", - объяснил принцип работы метода Герасимов. Полученные данные станут основой для создания биологических датчиков и плазмонных микросхем терагерцевого диапазона. Результаты опубликованы в журнале IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology - авторитетном научном издании, специализирующемся на терагерцевых технологиях.
Об этих институтах
Новосибирский Академгородок объединяет ведущие научные центры России. ИЯФ СО РАН (основан в 1958 г. Г. И. Будкером) - крупнейший физический институт страны, специализирующийся на физике высоких энергий и термоядерном синтезе. Его уникальные установки ВЭПП-3, ВЭПП-4М и Новосибирский ЛСЭ - источники синхротронного и терагерцевого излучения мирового уровня.
ИФП СО РАН им. А. В. Ржанова (создан в 1964 г.) - ведущий центр полупроводниковых исследований. Институт разрабатывает передовые технологии: от ИК-фотоприемников до квантовых интерферометров и нанотехнологий, что принесло ему 7 государственных премий СССР и России.