Графеновые наноленты могут стать ключом к надежному контролю термоядерных реакторов и безопасной работе техники в космосе. Исследователи из Аризонского университета показали, что эти сверхтонкие структуры выдерживают гамма‑излучение и при этом дают четкий измеримый сигнал. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Команда интегрировала графеновые наноленты в полупроводниковые устройства и проверила их устойчивость к жесткому излучению. Особенность материала — его размеры: ленты имеют ширину ровно в девять атомов, толщину в один атом и длину около 45 нанометров, то есть в десятки тысяч раз тоньше человеческого волоса. Синтез таких структур выполнили специалисты из Университета Алабамы, которые подготовили молекулярные строительные блоки.
Устройства выдерживают воздействие и продолжают реагировать, но их электрические характеристики резко меняются. Именно такого поведения мы и добиваемся от датчиков.
Суть открытия в том, что гамма‑излучение не разрушает атомную структуру лент, а вызывает изменения на их краях за счет образования реактивных молекул в окружающем воздухе. Из‑за квантовых эффектов даже небольшие модификации сильно влияют на прохождение тока: ученые связывают это с андерсоновской локализацией, когда электроны как бы «застревают» и сила тока резко падает, формируя четкий сигнал о радиационном воздействии.
Это свойство решает важную инженерную проблему: современные кремниевые датчики нельзя размещать внутри первой стенки реактора — они выходят из строя под излучением, поэтому контроль ведут косвенно или при остановках установки. Графеновые ленты потенциально позволят вести мониторинг ближе к активной зоне и в режиме реального времени, сократив число дорогостоящих остановок для осмотра.
Помимо энергетики, технология перспективна для космоса: датчики на основе графена смогут отслеживать радиационный износ спутников и межпланетных зондов, фиксируя ранние признаки деградации. В дальнейшем группа Мутлу планирует протестировать ленты при разных дозах облучения и изучить образцы иной ширины, чтобы научиться «настраивать» чувствительность материала на атомном уровне. Такой контроль важен и для будущих радиационно‑стойких чипов: он поможет создавать электронику, способную долго работать в условиях постоянного излучения.
Ранее Наука Mail рассказывала, что уральские ученые создали сверхчувствительный и термостойкий материал.