Текст уведомления здесь

Терагерцовое излучение позволит обнаружить неизвестные свойства графена и углеродных нанотрубок

Российские физики предложили использовать поверхностные плазмон-поляритоны для изучения свойств суперматериалов.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН и Российского университета дружбы народов экспериментально изучили плазмон-поляритоны, появляющиеся на поверхностях различных материалов при тепловой стимуляции (термостимулированные поверхностные плазмон-поляритоны, ТППП). Выяснилось, что подобные плазмон-поляритоны можно использовать для исследования характеристик новых материалов, не поддающихся изучению обычными методами. Соответствующая статья опубликована в журнале Infrared Physics & Technology.

ТППП — разновидность тепловых электромагнитных волн. Они появляются на поверхности металлического тела (проводника), покрытого тонким слоем диэлектрика (изолятора). Термостимулированными их называют потому, что они возникают за счет коллективных колебаний электронов на поверхности проводника, неизбежных при его нагреве. При этом изначально плазмон-поляритоны «плоские», а в нормальную объемную электромагнитную волну они превращаются лишь на стыке проводника с диэлектриком.

Распространение тепловых электромагнитных волн по металлической поверхности прямо зависит от ее конкретных параметров — размеров, шероховатости, температуры и многих других. Поэтому характеристики ТППП позволяют точно установить данные параметры для самых разных материалов. Особенно перспективен этот метод там, где другие способы исследования недостаточно эффективны, например для графена и нанотрубок на основе углерода.

Авторы новой работы вначале создали теоретическую модель, описывающую возбуждение ТППП, а затем провели серию экспериментов, в которых попытались подтвердить или опровергнуть параметры своей модели. Эксперименты показали, что интенсивностью и спектром излучения ТППП вполне можно управлять. Они прямо зависят от температуры и длины образца проводника, на поверхности которого возникают. Это значит, что по характеристикам теплового излучения можно точно определить температуру объекта (впрочем, это давно известная и уже используемая особенность теплового излучения), а кроме того — сделать выводы о свойствах такой поверхности.

Экспериментальный график. Изображение: Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН
Экспериментальный график. Изображение: Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН

Что особенно важно, на краю образца стабильно возникает длинноволновое излучение терагерцового диапазона. Оно затухает медленнее, чем обычное инфракрасное излучение, которое используется в пирометрии. Из этого следует, что терагерцовым излучением можно точно фиксировать даже такие температуры, которые обычный пирометр «не берет». Например, терагерцовое излучение нормально работает с температурами жидкого азота и гелия, до сих пор недоступными для стандартной пирометрии. При исследовании материалов, свойства которых меняются при сильном понижении температуры, терагерцовый пирометр может быть очень полезен, отмечают исследователи.

Параметры поверхностных волн любой длины зависят не только от температуры поверхности и ее длины, но и от наличия или отсутствия на поверхности тонких пленок, свойства которых отличаются от основной массы материала. Это значит, что поверхностные плазмон-поляритоны будут полезны и при изучении полимерных пленок и пленок биологического происхождения, нанесенных на поверхность проводника.

Поверхностные плазмон-поляритоны, соответствующие излучению инфракрасного диапазона, хорошо распространяются по графену и углеродным нанотрубкам. На данный момент зависимость проводимости графена от температуры считается очень перспективным направлением исследований, важным для использования этого материала в электронике.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Физики научились «выжигать» лазером наночастицы из золотой пены

Новый метод позволит создавать наночастицы с заданными свойствами и формой.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау и ВНИИ автоматики имени Н.Л. Духова в деталях изучили процесс получения сложных наночастиц с помощью лазера. Теперь с помощью тонкого управления параметрами лазерного воздействия ученые смогут создавать наночастицы с заданной формой и свойствами. До сих пор было неясно, что именно происходит с материалом при обработке лазером. Соответствующая статья принята к публикации в журнале AIP Conference Proceedings, а с ее текстом можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

Лазерная абляция — это процесс, при котором поверхность вещества нагревают лазером. Из-за этого часть вещества ионизируется и превращается в плазму, которая отрывается от поверхности основной массы материала и вылетает в пространство экспериментальной камеры. Раньше абляцию использовали лишь для анализа химического состава соединений, но в последнее десятилетие выяснилось, что с ее помощью можно получать наночастицы. Как правило, мишень с целевым соединением при этом помещают в жидкость — так проще «ловить» образующиеся наночастицы.

Метод этот заметно чище (меньше посторонних частиц) и проще обычного химического синтеза, который требует множества промежуточных ступеней: очистки от остатков исходных компонентов реакций, катализаторов и так далее. При лазерной абляции «химии» как таковой нет, значит, и очистка почти не требуется. К тому же мишень можно сделать из двух разных материалов, и тогда на выходе будет получена «сложная» наночастица, что для химического синтеза за один прием нереально. Проблема с абляционным методом является обратной стороной его плюсов. Он простой и быстрый — настолько, что вообще сложно понять, что там происходит до образования пузырька в жидкости и отрыва наночастиц от вещества мишени.

В своей новой работе физики описали, как должны проходить начальные стадии процесса абляции (до появления пузырька), и затем проверили свои выкладки, используя компьютерные модели. Выяснилось, что при наработке золотых наночастиц ультракороткая лазерная вспышка быстро нагревает золото до температуры 10 000 — 20 000 градусов Цельсия, а давление в точке нагрева достигает миллиона атмосфер. [ ... ]

Читать полностью

Российский источник терагерцового излучения впервые в мире смог разрушить металл

И затратил на это меньше триллионной доли секунды.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из Объединенного института высоких температур РАН разработали необычный источник терагерцового излучения рекордной мощности. С его помощью им впервые в мировой практике удалось разрушить металлическую пластинку, а также продемонстрировать необычный механизм неразрушающего воздействия, которое такое излучение может оказывать на металлы. Об этом сообщает пресс-релиз Российского научного фонда, поддержавшего исследование.

Физики использовали инфракрасный лазер с мощностью импульса до одного тераватта и временем импульса в одну квадрилионную долю секунды (фемтосекундный лазер, квадриллион — тысяча триллионов). На его основе они создали источник терагерцового излучения. Его волны по своей длине занимают промежуточное положение между инфракрасным излучением и радиоволнами. Такие лучи свободно проходят через бумагу, дерево, пластик и другие материалы, но тормозятся водой и металлом.

В норме электромагнитные волны терагерцового диапазона металл разрушить не могут — уж слишком быстро они в нем затухают. Однако на этот раз экспериментаторы за счет большой мощности терагерцовых импульсов смогли с их помощью создать электромагнитное поле с напряженностью до 100 миллионов вольт на сантиметр длины. Такое напряжение типично для канала бьющей в землю молнии, и на сегодня это вообще рекорд для всех существующих в мире источников терагерцового излучения. Запустив его на полную мощность, физикам удалось проделать сквозное отверстие в тонкой металлической пленке из алюминия. Ранее такого результата с помощью терагерцового излучения никому на металлах показать не удавалось.

Результат действия мощного терагерцового излучения на тонкую металлическую пластину. Фото: Михаил Агранат
Результат действия мощного терагерцового излучения на тонкую металлическую пластину. Фото: Михаил Агранат
[ ... ]
Читать полностью

Кристаллы из Новосибирска сделают российские боевые лазеры мощнее

Среди других перспективных областей приложения таких систем — газоанализаторы для борьбы с террористами и для медицинских исследований.
Добавить в закладки
Комментарии

В Новосибирском государственном университете успешно проведены эксперименты по получению электромагнитных волн с заданными параметрами на кристаллических структурах, полученных из титанил-фосфата калия (KTP). Это первые КТР-структуры, созданные в России, в Уральском федеральном университете. До этого их получали только во Франции, Израиле и Швеции. Они могут использоваться как в диагностике утечек из трубопроводов, так и в ряде военных и медицинских приложений. Об этом сообщает сайт университета.

Нелинейные оптические кристаллы КТР (как правило, по составу близки к КТiOРО4) имеют ценные нелинейно-оптические и электрооптические параметры, позволяющие применять их для электрооптической модуляции (регулирования интенсивности) мощного лазерного излучения. Сегодня для этого часто используются структуры из LiNbO3, но их оптическая стойкость меньше, что снижает параметры лазерных систем на их основе. Помимо этого, структуры из LiNbO3 не позволяют жестко фокусировать излучение накачки, что также негативно отражается на параметрах лазеров на их основе.

Генераторы света на основе периодических структур из KTP работают в средней части инфракрасного диапазона, и поэтому представляют большой практический интерес. Именно в ней находятся полосы поглощения ряда видов взрывчатки и отравляющих веществ. Газоанализаторы на их основе могут быть полезны не только в области борьбы с терроризмом, но и для обнаружения утечек природного газа и жидких углеводородов из трубопроводов. Экспресс-газоанализаторы высокой чувствительности найдут применение и в медицине. Кроме того, высокая мощность лазеров на КТР-структурах в теории может сделать их эффективным решением для военных.

До сих пор КТР-структуры изготавливались только в трех зарубежных странах. В этот раз все — от подложки до самих периодических структур, а также полировка и изготовление антиотражающих поверхностей было сделано в России. Для отечественной промышленности это крайне актуально, поскольку для целого ряда программ — не только в ВПК, но и в продвинутых отраслях медицины — поставка сложных комплектующих из-за рубежа может быть прекращена из-за санкций в любой момент. Следует отметить, что ранее попытки создания КТР-структур в нашей стране предпринимались, но, как отмечают разработчики из НГУ, «ни к чему не привели». Лишь теперь ситуация изменилась. [ ... ]

Читать полностью