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 Лесные пожары не только загрязняют воздух, но и неожиданно помогают природе. Американские ученые выяснили, что дожди, проходящие через дымовые тучи, превращаются в настоящие питательные растворы. Очищая задымленный воздух, такие ливни смывают на землю и в водоемы главные элементы для роста растений.
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Вода в реке может выглядеть абсолютно чистой и прозрачной, но настоящее «досье» на экологическое состояние региона часто скрыто не в ней, а под ней — в донных отложениях. Это своеобразный химический архив, который накапливает все, что попадало в водоем на протяжении десятилетий. Ученые Южного федерального университета взяли на себя труд расшифровать этот архив в глобальном масштабе: они собрали и систематизировали все современные научные данные о том, как токсичные продукты горения оседают на дне рек и озер по всему миру. Результат этой работы позволил впервые увидеть полную картину загрязнения пресноводных экосистем — от Нижнего Дона и сибирских арктических рек до Амазонки, Нила и Миссисипи.
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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