Гром, опережающий молнию

Генерирование света в интегрированном чипе при прохождении звуковой волны с частотой 10 гигагерц. Иллюстрация Physorg

Ученым, занимающимся созданием новых материалов и исследующим различные поверхности, приходится решать необычные задачи. Напомним, что графен был впервые получен с помощью обычного скотча, который «сорвал» поверхностный слой карандашного грифеля, графит которого представляет собой кристалл из множества слоев. Необычные свойства графена позволяют создавать материалы, состоящие из слоев разной химической природы. Подобные материалы обещают резкое повышение эффективности солнечных батарей и получение гибкой электроники, которую можно будет «монтировать» на ткань одежды.

Однако использование «быстрых» графеновых электронов наталкивалось на невозможность получения стабильного сцепления между графеном и другими пленочными материалами. Проблему удалось решить сотрудникам Канзасского университета.

Вольфрам, как известно, используется в нити накаливания в силу его способности при подаче энергии испускать фотоны. Соединение вольфрама с двумя атомами серы – дисульфид вольфрама – дает трехслойную пленку, которая может удерживаться графеном без образования связей, за счет вандервальсовых сил. Тем самым в Канзасе получили стабильный синергический интерфейс.

Авторы статьи в Nature Communications сравнивают удержание двух материалов со способностью геккона бегать не только по стенам, но и по потолку. Анализ показал, что 100% электронов вольфрама, возбужденных лазерным импульсом, «переходят» в графен за какую-то пикосекунду (10–12 с). Новый материал не зря назван синергическим, поскольку он соединяет в себе привлекательные свойства каждого из компонентов. Использование других пленок, позволит, например, улавливать свет разных цветов солнечного спектра, что даст возможность повысить кпд искусственного фотосинтеза и солнечных батарей. Вполне возможно, что станет реальностью и графеновый чип.

Многообещающими являются и квантовые точки, то есть полупроводниковые наночастицы, излучающие свет. В Массачусетском технологическом институте, что близ Бостона, создан и оказался коммерчески приемлемым телевизионный дисплей, состоящий из этих точек. Различие в нанометровых размерах точек позволяет настроить их на излучение красного и зеленого света, которые в сочетании с голубым дают все богатство красок.

Достижение бостонцев привлекло внимание японских производителей электроники, использующих новый продукт в своих телевизорах, названных «Три света». Квантовые точки уже используются в дисплеях ноутбуков и электронных книг, а в будущем американские инженеры надеются наладить и производство ламп нового поколения, которые превзойдут по своей эффективности и энергосбережению светодиодные.

Хорошо всем известный эффект: в силу различия скоростей света и звука сначала мы видим молнию, и только затем до нас доносятся раскаты грома. Однако ученые из Миннесотского университета создали чип, где скорости фотонов и фононов – квантов звуковой энергии – оказались сопоставимыми. Созданный чип использует стандартную кремниевую (SiO2) подложку, поверхностный слой которой представляет собой интегрированный оптический волновод с электродами шириной не более 100 нанометров (диаметр средней вирусной частицы). В нем при прохождении звуковой волны генерируется свет. Об этом ученые написали в журнале Nature Communications.

С тем же диоксидом кремния, SiO2, но структурированным работали и специалисты по материаловедению Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Они «выгравировали» на поверхности стандартного чипа грибовидные структуры, или «гвозди» с диаметром шляпок не более 20 микрометров, расположенных друг от друга на расстоянии 100 микрон. Уникальным свойством такой поверхности является омнифобия, то есть способность отталкивать не только воду и жиры, но и фторсодержащий растворитель, практически не имеющий поверхностного натяжения, что делает его сверхтекучим.

Напомним, что смачиваемые поверхности называются гидрофильными, а те, на которых вода не удерживается («как с гуся вода»), – гидрофобными. Грязь – это жир на ткани, который удаляется детергентами, название которых восходит к латинскому слову со значением «смахивать пыль, стирать грязь». Известно, что микробы образуют пленку, в толщу которой не проникают антибиотики. Создатели структурированных поверхностей – не только кремния, но и стекла, металлов и полимеров – полагают, что их изобретение найдет самое широкое применение в самых разных областях науки и быта.