Группа учёных из Сколтеха и Королевского технологического института KTH (Швеция) разработала важное решение для связи в терагерцовом диапазоне — он перспективен для устройств 6G, которые позволят обеспечить сверхвысокие скорости беспроводной передачи данных. Новый фрагмент «6G-пазла» — это не компонент устройства, а особый вид чёрного покрытия на основе углеродных нанотрубок, способный эффективно поглощать электромагнитное излучение там, где его воздействие нежелательно. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Терагерцовый диапазон занимает промежуточное положение между инфракрасным излучением, которое применяется в приборах ночного видения, и микроволнами, которые используются в СВЧ-печах. ТГц-излучение может найти применение в системах связи 6G, биомедицинской визуализации и зондировании.
«Для этого исследования мы синтезировали сверхтонкие плёнки из однослойных углеродных нанотрубок, аналогичные тем, что мы использовали ранее для создания небольших компонентов — линз и антенн. В данном случае задача состояла в том, чтобы не создать отдельный компонент, а показать, как этот материал на основе углерода может использоваться для управления электромагнитным излучением в 2D интегрально-оптических схемах, устранения помех и обеспечения дополнительной функциональности», — отметил один из авторов работы, доцент Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Дмитрий Красников.
Покрытие на основе углеродных нанотрубок наносится методом аэрозольного химического осаждения из газовой фазы и представляет собой плёнку глубокого чёрного цвета, способную поглощать терагерцовое излучение, препятствуя его распространению в нежелательных направлениях. Использование этой технологии особенно актуально, например, для изоляции кремниевых волноводов, которые отвечают за передачу электромагнитных сигналов между различными компонентами внутри устройств. Это тончайшее покрытие не только удерживает сигнал внутри волновода, но и одновременно служит защитным экраном от внешних помех, причём у покрытия с наибольшей толщиной учёные отметили рекордно высокий уровень поглощения сигнала.
Учёные измерили степень подавления нежелательного сигнала плёнками толщиной от 2 до 53 нанометров, и установили, что плёнки, толщина которых приближалась к верхней границе этого диапазона, настолько эффективно изолировали волновод, что утечку сигнала не могли обнаружить даже самые точные приборы.
«Мы показали, что ультратонкие покрытия из углеродных нанотрубок могут служить эффективным инструментом управления терагерцовым излучением. Их можно быстро синтезировать и легко интегрировать в фотонные схемы, что делает эту технологию перспективной для создания новых поколений терагерцовых устройств — от систем связи 6G до сенсорных и медицинских технологий», — подчеркнул один из авторов статьи, директор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха профессор Альберт Насибулин.
Ещё один автор работы, профессор Королевского технологического института KTH Дмитрий Любченко отметил, что новые покрытия могут найти применение не только в системах связи 6G: «Экранирование электромагнитного излучения можно применять для изоляции отдельных помещений и целых зданий от телекоммуникационных сигналов. Такие экраны будут пропускать только электромагнитное излучение определённых диапазонов. Это решение актуально, в частности, при проектировании тюремных зданий. Ещё одним перспективным направлением является использование терагерцового излучения в медицине в качестве более безопасной, но, вероятно, не полностью безвредной альтернативы рентгену. В связи с этим, потребуется разработка новых методов, которые позволят прицельно направлять терагерцовые волны только на исследуемую область тела пациента, одновременно защищая от их воздействия медицинский персонал».
