Группа исследователей из Лондонского университета королевы Марии обнаружила новый способ создания тонких плёнок, которые могут «настраиваться» гораздо эффективнее, чем существующие материалы, что делает их высокочувствительными и эффективными.
Сегнетоэлектрические плёнки, используемые в современных системах связи и сенсорах, таких как 5G, 6G, радар и медицинская визуализация, должны быстро адаптироваться к изменяющимся сигналам и частотам. До сих пор учёные сталкивались с компромиссом между созданием высоконастраиваемых материалов и сохранением их энергоэффективности. Однако новый подход устраняет этот компромисс, делая материал адаптивным без потери энергии.
Работа опубликована в журнале Nature Communications.
В ходе испытаний новый материал, разработанный совместно доктором Хэнчи Руаном, доктором Хангфенг Чжаном и другими исследователями, показал необычайно высокий уровень «настраиваемости». Его способность изменять своё поведение достигла около 74% на микроволновых частотах. Команда была удивлена, обнаружив, что для достижения этого результата требуется лишь низкое напряжение, тогда как обычно для таких характеристик потребовалось бы гораздо больше энергии или вызвало бы значительные потери энергии.
Доктор Хайсюэ Ян, научный сотрудник Школы инженерии и материаловедения Лондонского университета королевы Марии, сказал: «Ключ к нашему методу — создание крошечных нанокластеров — небольших групп атомов, намного меньших, чем человеческий волос, — внутри материала».
«Обычно в титанате бария атомы расположены в идеально правильной последовательности, как сиденья на аккуратно упакованном стадионе. Тщательно заменив небольшое количество атомов титана на олово, мы нарушаем этот идеальный порядок и формируем крошечные, неправильные карманы, где атомы немного не на своём месте. Эти нанокластеры легче перемещаются при подаче электрического сигнала, что делает весь материал гораздо более чувствительным».
Профессор Ян Хао, профессор антенн и электромагнетизма в Лондонском университете королевы Марии, возглавлявший это исследование, сказал: «Эта работа может привести к созданию следующего поколения более компактных, быстрых и энергоэффективных беспроводных и радарных устройств. Телефоны смогут подключаться более надёжно, спутники — более чётко обмениваться данными, а медицинские сканеры — выдавать более чёткие изображения».
«В более широком смысле метод создания нанокластеров путём атомной замены может вдохновить на достижения во многих технологиях, от датчиков и систем обороны до будущих квантовых устройств».
Предоставлено: Лондонский университет королевы Марии.