​Ученые из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и  Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН (НТЦУП РАН), подведомственных ФАНО России, совместно с коллегами из Российского университета дружбы народов (РУДН) провели серию экспериментов по исследованию термостимулированных поверхностных плазмон-поляритонов (ТППП). 


Это разновидность тепловых электромагнитных волн, которые распространяются на поверхности металлического тела, покрытого тонким слоем диэлектрика. Характеристики этого излучения напрямую зависят от свойств поверхности (длины, шероховатости, температуры), поэтому с его помощью ученые смогут исследовать новые полимерные материалы, например, графен и углеродные нанотрубки.

Результаты опубликованы в журнале Infrared Physics & Technology. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ

Поверхностными плазмон-поляритонами (ППП) физики называют электромагнитные волны, которые возникают на границе раздела сред проводник – диэлектрик. Классические поверхностные волны возбуждаются внешним источником, а термостимулированные – за счет тепловых колебаний плотности электронов, поэтому источником ТППП может служить любая нагретая поверхность. ТППП возникают одновременно по всей площади, а на краю поверхности превращаются в обычную объемную волну, которая регистрируется при помощи чувствительных датчиков инфракрасного излучения. 

Ученые разработали теоретическую модель возбуждения ТППП и провели серию экспериментов, которые показали, что интенсивностью и спектром излучения можно управлять: на них влияют температура и длина образца. Чем он длиннее, тем сильнее спектр излучения смещен в длинноволновую область. Соответственно, по характеристикам теплового излучения можно точно определить температуру объекта, а также сделать выводы о свойствах поверхности. 

«На краю образца мы в основном имеем дело с длинноволновым излучением терагерцового диапазона. Известно, что такое излучение затухает медленнее, чем более короткие волны, которые традиционно используются в пирометрии, – рассказывает старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук ИЯФ СО РАН Василий Герасимов. – Здесь появляется определенное преимущество, особенно если речь идет о низких – азотных или гелиевых – температурах, которые обычный пирометр (прибор для бесконтактного измерения температуры, регистрирующий тепловое излучение) просто не сможет измерить. Конечно, в быту мы не сталкиваемся с такими задачами, но, например, при исследовании различных материалов, свойства которых меняются при сильном понижении температуры, терагерцовый пирометр может быть очень полезен». 

Характеристики поверхностных волн зависят не только от температуры, но также от длины и других свойств образца, например, наличия тонких пленок на внешнем слое. Поэтому поверхностные плазмон-поляритоны могут помочь при исследовании различных полимерных материалов и биологических объектов, нанесенных на поверхность проводника. По словам Василия Герасимова, поверхностные плазмон-поляритоны инфракрасного диапазона хорошо распространяются по графену и углеродным нанотрубкам, а проводимость графена, которая меняется в зависимости от температуры – это очень перспективное направление исследований.  

«В Москве нет возможности проводить эксперименты по данной теме, так как нет специального оборудования, например, оптоакустических приемников, которые измеряют интенсивность излучения, синхронных детекторов, которые повышают сигнал от приемника, а также оптических терагерцовых элементов. Они необходимы для наших экспериментов. Дело в том, что оборудование, которое используется для экспериментов с Новосибирским лазером на свободных электронах, подходит и для экспериментов, как наш, где внешний источник излучения не используется. Поэтому я приехала сюда. Мы нагреваем или охлаждаем тело и регистрируем его излучение на ребре образца», – прокомментировала Та Тху Чанг, аспирантка РУДН, которая планирует защитить диссертацию по этой теме. 

Новосибирский лазер на свободных электронах – одна из уникальных установок, на базе которой работает Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения ИЯФ СО РАН. В центре действует несколько станций, на которые для проведения экспериментов приезжают пользователи из российских университетов и исследовательских институтов Москвы, Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Самары, а также Южной Кореи, Германии, США. Здесь проводятся научные исследования в области изучения кинетики химических реакций, молекулярной спектроскопии, молекулярного магнетизма, биологии, медицины, физики полупроводников, материаловедения и физической оптики. В частности, в изучении свойств поверхностей при помощи излучения ЛСЭ участвуют новосибирский и московский госуниверситеты, РУДН, Институт физики полупроводников СО РАН, Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН, ИЯФ СО РАН.

Похожие новости

  • 16/03/2017

    Научный прорыв: аддитивные технологии для авиации и Арктики

    ​Авиационный - не значит предназначенный исключительно для авиации. Эффективные и стойкие, универсальные и экономичные материалы нужны и в воздухе, и на земле, и на море. Особенно если земля покрыта снегом, а море - льдом.
    1703
  • 23/08/2018

    Кто лучше считает - ученые или чиновники?

     ​«ЧС» уже писало о том, что Институт математики СО РАН неожиданно оказался перед необходимостью уволить до 20% научных сотрудников. Чтобы понять, почему так получилось, редакция обратилась в правительство РФ.
    189
  • 31/07/2018

    Тепловидение поможет новосибирским ученым обнаружить невидимые грани процессов

    ​С помощью тепловидения можно не только вычислять злоумышленников, искать потерявшихся в темном лесу людей и осуществлять медицинские исследования, но и обнаруживать невидимые грани процессов, протекающих во время химических реакций.
    159
  • 26/04/2018

    ИФП СО РАН продвигает новый флагманский проект

    ​Производство пластин для микроэлектроники на основе гетероструктур будет запущено в новосибирском Академгородке на базе соглашения между "РАТМ-Холдингом", входящим в него заводом "Экран-оптические системы" и Институтом физики полупроводников им.
    366
  • 30/08/2018

    Science Slam о технологиях прошел в рамках «Технопрома-2018»

    ​Впервые в рамках VI Международного форума технологического развития и выставки "Технопром" в Новосибирске состоялся Science Slam. Около 200 человек пришли послушать выступления молодых инженеров-технологов и ученых в неформальной обстановке.
    157
  • 26/04/2018

    Сибирские ученые обсудили создание сверхточных установок

    ​В новосибирском Академгородке прошел круглый стол "Научное приборостроение для нанотехнологий. Современное состояние. Возможности развития". Встреча состоялась на базе Института физики полупроводников им.
    263
  • 14/10/2015

    "Фотоника 2015" проводится в Год Света

    ​В новосибирском Академгородке начала работу российская конференция с международным участием по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники. Глава Сибирского отделения РАН академик Александр Леонидович Асеев напомнил участникам научного форума, что 2015 год объявлен Генеральной Ассамблеей ООН международным годом света и световых технологий.
    1631
  • 09/12/2016

    Какие разработки ученых новосибирского Академгородка приносят пользу людям?

    Редакция НГС​ продолжает отвечать на вопросы читателей в специальной рубрике. Читатель Юрий Лобанов задал вопрос о разработках ученых: "Какие разработки ученых новосибирского Академгородка приносят реальную пользу обычным людям?".
    2273
  • 11/07/2016

    Ученые СО РАН приоткрывают тайны разработок

    Как возникают идеи проектов? Кто готовит чертежи и детали, а затем проводит сборку и тестирование? И какие проблемы приходится решать до того, как нажать на кнопку «Пуск». Об этом рассказывают ученые новосибирского Академгородка.
    1513
  • 04/04/2018

    Подведены итоги оценки результативности научных организаций

    454 организации разделили по трем категориям. Чем отличились сельскохозяйственные институты, чему Минздраву стоит поучиться у ФАНО и в каком регионе больше всего институтов из третьей категории, читайте в материале Indicator.
    1132