В мире нанотехнологий совершена очередная сенсация! Оказывается, крошечная заряженная частица, пролетая через границу раздела сред, может стать мощным источником ценного излучения, и этот процесс можно кардинально усилить с помощью всего одного атомного слоя уникального материала. Это открытие принадлежит группе ученых из Челябинского государственного университета, которые детально изучили, как графен — «чудо-материал» XXI века — управляет излучением, возникающим при пересечении частицей границы между вакуумом и диэлектриком.
Представьте себе крошечную заряженную частицу, которая летит с огромной скоростью и резко переходит из пустоты в вещество — в этот момент она испускает электромагнитные волны. Это и есть переходное излучение. Если на границе раздела сред разместить графен — материал толщиной в один атом с удивительными электронными свойствами, — излучение становится значительно сильнее и его можно тонко настраивать.
Исследователи выяснили, что ключевую роль здесь играет так называемая энергия Ферми графена — параметр, который можно менять с помощью внешнего напряжения. Чем выше эта энергия, тем больше усиление излучения, особенно в терагерцовом диапазоне — эта часть спектра крайне важна для современных технологий, включая безопасные сканеры, системы связи и медицинскую диагностику.
Более того, графен не просто усиливает сигнал — он меняет его направленность. В вакууме излучение начинает «прижиматься» к плоскости графена, а в диэлектрике концентрируется в узком луче. Учёные связывают это с возбуждением особых волн — плазмон-поляритонов, которые бегут по поверхности графена и эффективно преобразуют энергию частицы в излучение.
Это открытие открывает путь к созданию новых компактных и управляемых источников терагерцового излучения, которые могут использоваться в ускорителях частиц, детекторах излучения и системах безопасности. Графен продолжает удивлять научное сообщество, подтверждая свой статус материала будущего.
Исследование опубликовано в «Челябинском физико-математическом журнале».
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
