Международная команда ученых создала ультратонкую линзу для управления терагерцовым излучением, которое занимает частотный диапазон между инфракрасным светом и микроволнами. Об этом рассказали в Московском физико-техническом институте.
Терагерцовые волны с легкостью проникают сквозь неметаллические материалы и при этом остаются абсолютно безопасными для живых клеток. Это свойство делает их безопасной альтернативой рентгену, позволяющей «просканировать» организм, не облучая его. Еще одна ключевая характеристика: гигантская пропускная способность терагерца. Она необходима для устройств сотовой связи 6G, скорость которой в десятки и сотни раз выше, чем у 5G.
При этом терагерцовый диапазон — один из наименее освоенных участков электромагнитного спектра. Это создает дефицит компонентов для управления излучением. Существующие системы используют статичные линзы, например, кремниевые или из TPX. Их параметры нельзя изменить. Громоздкие устройства имеют жестко заданные характеристики, и они не позволяют динамически управлять волнами.
Представьте медицинский аппарат, который импульсно подает излучение для исследования влияния отклика биологических тканей на мощность терагерцового излучения. Или систему связи 6G, которая динамически распределяет мощность между пользователями в толпе так, чтобы у всех был стабильный сигнал. Кроме того, динамическая перестройка интенсивности — это основа модуляции терагерцового излучения, необходимая для систем телекоммуникаций. Наше изобретение — шаг к тому, чтобы воплотить эти технологии в реальность.
Для преодоления ограничений исследователи разработали ультратонкую регулируемую линзу на основе углеродных нанотрубок. Устройство представляет собой зонную пластину Френеля, интегрированную в электрохимическую ячейку. Конструкция состоит из кварцевых пластин, между которыми расположены слой ионной жидкости и нанотрубочная пленка с концентрическими кольцами. Золотые контакты выполняют функцию электродов. Толщина активного слоя составляет 40 нм — в тысячи раз меньше человеческого волоса.
В отличие от обычных линз, которые используют разность фаз, фокусировка в зонной пластине Френеля происходит за счет дифракции на концентрических кольцах. Иными словами, каждое кольцо работает как отдельный оптический элемент, избирательно пропускающий определенные части волнового фронта. Интерферируя, эти волны складываются в фазе только в одной точке, создавая четкий фокус. Такой принцип позволяет создавать плоские и ультратонкие оптические элементы, недостижимые для традиционной линзовой оптики.
Для управления линзой достаточно небольшого напряжения от –2 до +2 В. Под его действием ионы в жидкости перемещаются, создавая двойной электрический слой. Это изменяет оптические свойства пленки из нанотрубок, позволяя дистанционно регулировать интенсивность луча в фокусе в диапазоне от –20% до +15%.
Раньше такие линзы были статичными и громоздкими. Теперь — ультратонкие и управляемые, как умные очки для специального излучения. Технология уже запатентована и протестирована в лаборатории. Следующий шаг — увеличение скорости работы для практического применения.
В создании разработки участвовали специалисты МФТИ, Сколковского института науки и технологий (Сколтех), университета ИТМО, Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН, Института физики твердого тела РАН, научных центров Китая и Объединенных Арабских Эмиратов.
Ранее Наука Mail писала о том, что в МФТИ создали уникальный испытательный электробагги.
