Российские ученые ускорили детекторы из нанотрубок в сто миллионов раз
Ученые НИТУ МИСИС совместно с коллегами представили сверхбыстрый интегрально-оптический детектор, который можно адаптировать под различные задачи — от телекоммуникаций и тепловизоров до медицинских биосенсоров, систем безопасности и астрономических приборов. Устройство обнаруживает слабые инфракрасные сигналы в интегрально-оптическом чипе в 100 миллионов раз быстрее аналогов и обновляет данные свыше миллиарда раз в секунду, благодаря чему оно — одно из самых быстрых в своем классе.
Фотонные интегральные схемы — микрочипы, в которых одной из важнейших задач является преобразование оптического излучения в электрические сигналы, таким образом, создание недорогих, быстрых и точных детекторов является приоритетным направлением. Для решения такой задачи исследователи НИТУ МИСИС в сотрудничестве с коллегами из НИУ ВШЭ, Сколтеха и МПГУ создали интегрально-оптический тепловой приемник излучения – болометр – на основе пленок из углеродных нанотрубок.
«Частотный диапазон работы болометра указывает на скорость отслеживания нагрева пленки, который вызван поглощением инфракрасного излучения. Новый детектор оперирует на частоте 1 ГГц, что превосходит аналогичные устройства на нанотрубках, продемонстрированные ранее, почти в 100 миллионов раз и может обеспечивать высокую скорость обработки данных в фотонной интегральной схеме нитрида кремния. Разработанная нами технология покрытия фотонных чипов нанотрубками позволяет решить одну из главных проблем интегрально-оптических схем – создавать недорогие и компактные детекторы на оптических волноводах», — поделился кандидат физико-математических наук Вадим Ковалюк, заведующий лабораторией фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС.
Современные болометры обычно изготавливаются с применением сложных и многоэтапных технологий, таких как химическое осаждение из газовой фазы или с помощью выращивания кристаллов. Значительно упрощают производство пленки из одностенных углеродных нанотрубок: с помощью метода сухого переноса ими можно покрывать поверхности без использования жидкостей или дорогостоящих химикатов аккуратно и равномерно.
Пленки сцепляются практически с любыми материалами, включая гибкие и прозрачные подложки для смартфонов, переносных датчиков или приборов для анализа окружающей среды. Контролируя параметры роста углеродных нанотрубок, можно менять состав покрытия. Например, для усиления электрического согласования с приемной схемой или улучшения поглощения электромагнитных волн определенной длины.
«В нашем исследовании, мы отталкивались от хорошо известного уравнения теплового баланса, которое определяет работу болометров, и показывающее, что для одного и того же материала пленки болометра, отношение чувствительности и предельной скорости работы устройства, есть постоянная величина. Иными словами, повышая чувствительность детектора, неизбежно во столько же раз происходит падение его скорости детектирования.
Применение недорогих полупроводниковых усилителей, позволило нам компенсировать падение чувствительности, при этом существенно повысить быстродействие фотоприемника. Кроме того, метод сухого переноса углеродной пленки на оптические волноводы из нитрида кремния создал условия для высокоэффективного сопряжения, обеспечив практически полное поглощение света при компактном дизайне», — рассказал научный сотрудник лаборатории квантовых детекторов МПГУ Павел Ан.
Быстродействие нового болометра обеспечивается уникальными свойствами углеродных нанотрубок: высокой электро- и теплопроводностью одновременно с низкой теплоемкостью. Полученные результаты открывают многообещающую перспективу использования болометров на основе пленок углеродных нанотрубок для быстрой обработки данных, создания полностью оптических нейросетей и сопроцессоров на основе фотонных интегральных схем в микроэлектронике или телекоммуникациях. С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научном журнале Applied Physics Letters (Q1).
Работа выполнена при поддержке грантов Российского научного фонда и Минобрнауки России.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина разработали синтетическое масло для газопоршневых двигателей, позволяющее снизить расход топливного метана на семь процентов. Продукт разработан в целях импортозамещения в сфере энергетики. Разработка открывает новые возможности распределенной энергетики на Крайнем Севере, Дальнем Востоке и других территориях без центральных сетей.
Процессы, сопровождающие жизнь черных дыр, интересуют не только теоретиков. Ученые уже знают, что энергия и частицы могут покидать черные дыры и теперь работают над способами эту энергию использовать.
Большой коллектив ученых из Специальной астрофизической обсерватории РАН (п. Нижний Архыз), Астрокосмического центра ФИАН, Крымской астрофизической обсерватории РАН, Санкт-Петербургского государственного университета и МФТИ с коллегами впервые провел комплексный многоволновой анализ переменности блазара Тон 599 за период с 1983 по 2025 год и обнаружил в этих данных скрытый ритм, указывающий на работу двух взаимосвязанных механизмов.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно