В МФТИ узнали, как удешевить тепловизоры и повысить их чувствительность — Naked Science
6 минут
ФизТех

В МФТИ узнали, как удешевить тепловизоры и повысить их чувствительность

5.5

Ученые из МФТИ и Института теоретической и прикладной электродинамики РАН узнали, как именно пленки диоксида ванадия становятся проводящими. Это позволит удешевить тепловизоры на основе таких пленок, повысить их чувствительность и разрешение.

В МФТИ узнали, как удешевить тепловизоры и повысить их чувствительность / ©ekosf.ru

Исследование опубликовано в журнале Physical Review B. Тонкие — примерно 100 нм — пленки диоксида ванадия (VO2) в обычном состоянии не проводят электрический ток. При небольшом нагреве сопротивление падает — может уменьшиться даже в сто тысяч раз. Так нагреться пленка может, например, когда на нее подадут напряжение. Это свойство используют при разработке высокоскоростных переключаемых устройств и датчиков для постоянного тока или переменного сигнала терагерцового, микроволнового, оптического и инфракрасного диапазонов.

Исследователи обнаружили способность пленок VO2 становиться проводящими в середине прошлого века. Но до сих пор точный механизм изменения свойств материала был неизвестен. Если ученые будут знать механизм процесса, они смогут создавать такие материалы, какие им нужны для определенных приложений. Например, можно будет синтезировать тонкие пленки с заданными заранее свойствами: температурой, при которой меняются проводящие свойства, или отношением сопротивлений до и после нагревания.

«Одна из самых полезных вещей, которую можно делать из такой пленки, — это чувствительные элементы для неохлаждаемого болометра. Болометр — основа тепловизора. Применение пленок VO2 позволит удешевить тепловизоры, увеличить их чувствительность и разрешение», — комментирует Виктор Полозов, аспирант Физтех-школы физики и исследований имени Ландау.

Пленки диоксида ванадия с зернистой структурой / ©journals.aps.org

Исследователи из МФТИ предположили, что смена состояния пленки VO2 происходит по следующему сценарию: сначала пленка нагревается, в каких-то местах ее возникают проводящие области. Затем проводящие области образуют канал, благодаря которому пленка становится проводящей. При дальнейшем нагреве этот канал расширяется, а сопротивление пленки — уменьшается. Этот процесс называется «режим с обострением». Подобные процессы раньше уже обнаруживали и в других материалах. Например, он имеет место в высокотемпературных сверхпроводниках в переходе «проводник — сверхпроводник».

Чтобы доказать, что в пленках VO2 при нагреве реализуется такой же сценарий, ученые объединили теоретический и экспериментальный подход. С одной стороны, исследователи синтезировали пленки с различными свойствами, а потом измерили их вольт-амперную характеристику и температурную зависимость сопротивления. С другой стороны, пользуясь готовыми моделями для описания процессов с обострением, они теоретически смоделировали температурную модель сопротивления и вольт-амперную характеристику (ВАХ) пленок.

«Теоретические расчеты совпали с экспериментальными, причем для пленок с различной структурой, нанесенных на различные подложки. Мы сделали вывод, что данный механизм универсален — то есть все тонкие пленки VO2 становятся проводящими при нагревании именно таким образом», — говорит Александр Рахманов, профессор кафедры электродинамики сложных систем и нанофотоники Физтех-школа физики и исследований имени Ландау.

Ученые подтвердили свое предположение, что переход в VO2 может быть описан как процесс в режиме с обострением. Зная, что переход происходит именно по такому механизму, исследователи могут моделировать данный процесс. Этим они планируют заняться в рамках дальнейшей работы.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
ФизТех
202 статей
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Позавчера, 10:41
5 минут
Сергей Васильев

Последствия укуса инвазивных «ложных вдов» обычно проходят в течение нескольких часов, но в некоторых случаях могут приводить к заражению и стать смертельно опасными.

3 декабря
4 минуты
Сергей Васильев

Ученые проследили цепочку событий, которые могут вести от накопления «стрессовых» гормонов к активации иммунных клеток — и рецидиву казалось бы излеченной опухоли.

3 декабря
4 минуты
Мария Кривоченко

Ученые выяснили, что изоляция снижает уровень транскрипции некоторых генов у рыбок данио-рерио. Кроме того, он меняется, если животных поместить в стаю. Биологи заметили, что данио-рерио реагировали на механические движения и могли определить не только присутствие других рыбок, но и плотность группы.

30 ноября
4 минуты
Василий Парфенов

Пилотируемый глубоководный аппарат «Фэньдоучжэ» опустился на глубину 10 909 метров в Марианскую впадину. Во время этого погружения впервые осуществлялась прямая трансляция фото и видео на поверхность.

2 декабря
2 минуты
Илья Ведмеденко

По мнению американского предпринимателя, первые люди смогут отправиться на Красную планету в течение шести лет. Запустить к Марсу космический корабль в беспилотном режиме Маск планирует не позднее 2022 года.

2 декабря
4 минуты
Ольга Иванова

Знаменитые фигурки женщин, древнейшие из которых датируются более чем 30 тысячами лет назад, с давних пор служат объектом научных споров: неясно назначение этих предметов. Американские ученые выдвинули еще одну гипотезу.

14 ноября
35 минут
Василий Парфенов

На вопрос, кто проживает на дне океана, люди отвечают по-разному. Дети и некоторые взрослые скажут: Губка Боб Квадратные Штаны. Фанаты Лавкрафта благоговейно, но с огоньком в глазах пробормочут нечто вроде «Ктулху фхтагн». А подводники и океанологи задумчиво посмотрят на вопрошающего и, если повезет, расскажут много интересного. Про квакеров, «биоуток», «блуп» и еще Посейдон его знает какие аномальные явления подводного мира.

22 ноября
24 минуты
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

24 ноября
8 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: