Ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с партнерами из Китая и ОАЭ создали инновационные методы динамически управляемого экранирования. Основой решения стали пленки максенов MXenes, предлагающие адаптивную защиту для перспективной электроники. Исследование, поддержанное Российским научным фондом и опубликованное в журнале "Physical Review Materials", открывает перспективы для гибкого контроля за связью 6G.
Проблема "электромагнитного тумана" в эпоху 6G
Мир активно переходит к стандартам сверхбыстрой связи 6G, где внедрение терагерцовых (ТГц) технологий в медицину и безопасность создает новые вызовы. Возникает угроза "электромагнитного тумана" в ТГц-диапазоне. Классические экраны работают слишком грубо – они полностью глушат излучение. Им на смену нужны "умные решения", гибко регулирующие уровень защиты.
Динамические свойства максеновых пленок
Исследователи нашли вдохновляющий ответ: нанопленки из MXenes способны динамически менять степень защиты. Это открывает путь разработке каналов связи, высокочувствительных датчиков и уникальных камуфляжей в сетях будущего поколения.
От статичной защиты к активному управлению
«Суть прорыва — переход от пассивных экранов к активным, — поясняет старший научный сотрудник МФТИ и ИОФ РАН Мария Бурданова. — Мы не просто создали эффективный щит, а построили механизмы для его адаптации под реальные задачи мгновенно!»
Революционные возможности карбида титана
Максены — уникальное семейство материалов, сочетающих гибкость и высокую проводимость. В фокусе исследования был карбид титана Ti₃C₂Tₓ, замечательно поглощающий ТГц-волны, но ранее с неизменными свойствами. Физики преодолели эту статичность, предложив два дополняющих подхода управления поглощением.
Электрохимическая "затемняемая" технология
Первый, электрохимический метод, напоминает "умное стекло". Интегрированная в "ионный сандвич" пленка максена реагирует на напряжение до +2 вольт: перераспределенные ионы резко повышают концентрацию носителей заряда. Это позволяет плавно управлять поглощением, как затемнением окна. Эффективность экранирования возрастает в 1.5+ раза до 40 000 дБ·г⁻¹·см² — в 8 раз сильнее графена! Материал переключается из полупрозрачного состояния на режим максимальной защиты.
Прорыв в управлении ТГц-излучением
Второй метод открывает путь к молниеносному контролю. Исследователи воздействовали на пленку сверхкороткими фемтосекундными лазерными импульсами и зафиксировали удивительный парадокс — возникновение отрицательной фотопроводимости.
Неожиданный эффект в металлических системах
«Обычно свет повышает проводимость полупроводников. Однако в металлических материалах, таких как максены, оптическое возбуждение мгновенно нагревает электроны и кристаллическую решетку. Это усиливает рассеяние электронов и, как результат, снижает проводимость», — с энтузиазмом поясняет Максим Пауков, соавтор исследования из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Мгновенное переключение прозрачности
Благодаря этому эффекту под воздействием света материал на короткое время становится значительно прозрачнее для терагерцового излучения. Весь процесс занимает всего пикосекунды (триллионные доли секунды!) и является полностью обратимым.
«Электрическое управление требует секунд из-за медленной диффузии ионов, а оптическое срабатывает практически мгновенно. Это дает нам уникальную возможность на короткий миг "открыть окно" в непроницаемом экране для передачи данных и тут же его закрыть», — добавляет Максим Пауков.
Идеальная платформа для устройств будущего
Сочетание глубокой, пусть и более медленной, электрической настройки со сверхбыстрым оптическим переключением делает пленки Ti₃C₂Tₓ идеальной основой для новейшего поколения терагерцовых приборов.
«Наше исследование доказывает, что максены — это не просто экранирующий материал, а многофункциональная платформа для управления электромагнитным спектром в терагерцовом диапазоне, — подчеркивает Мария Бурданова. — Это важный шаг на пути к созданию адаптивных терагерцовых устройств завтрашнего дня!»
В этой масштабной работе ученых Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ поддержали коллеги из ведущих научных центров России (ИОФ РАН, ИФТТ РАН, Сколтех, ИК СО РАН, МПГУ) и Китая (Пекинская ключевая лаборатория метаматериалов и устройств).
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (проект №24-79-00143).
Научная статья: Electrochemically and optically-switched terahertz electromagnetic interference shielding using MXenes; Vladimir Starchenko, Shuang Sun, Maksim Paukov, Ivan Kazantsev, Arina Radivon, Mikhail Mironov, Aram Mkrtchyan, Gleb Tselikov, Dmitry Yakubovsky, Alexey Shupletsov, Alexander Chernov, Mikhail Shashkov, Alexander Syuy, Gennady Komandin, Kirill Zaytsev, Yuriy Gladush, Albert Nasibulin, Aleksey Arsenin, Valentyn Volkov, Dmitry Krasnikov, Yan Zhang and Maria Burdanova; Phys. Rev. Materials 2025, DOI: https://doi.org/10.1103/h6bh-nz1w
Информация предоставлена пресс-службой МФТИ
Источник фото: ru.123rf.com
Свершилось удивительное открытие в сфере высоких технологий! Ученые обнаружили, как бороться с помехами для сверхбыстрой связи будущего стандарта 6G – с помощью невероятного материала MXene!
Умная Плёнка Меняет Свойства Под Внешним Воздействием!
Представьте себе ультратонкую плёнку, которая способна буквально на глазах менять свои «правила поведения»! Наши исследователи создали именно такую – из уникального материала MXene. Что же делает её умной?
Эта тончайшая плёнка обладает необычным талантом: её характеристики великолепно контролируются светом и электрическим током! Приложив свет или небольшое напряжение, можно динамически менять ключевые свойства материала. Это открывает сногсшибательные перспективы!
Защитник Будущего для Сети 6G!
Самая вдохновляющая новость – как это поможет технологиям завтрашнего дня! Быстрые как молния сети 6G столкнутся с мощным вызовом – помехами в сверхвысокочастотном диапазоне.
Вот здесь-то и проявляется гениальность разработки! Умная MXene-плёнка станет идеальным барьером против этих помех, становясь защитным щитом для антенн и устройств нового поколения. Её динамические свойства позволят тонко настраивать уровень защиты именно там и тогда, где это нужно!
Это важнейший шаг к созданию действительно умного и адаптивного сенсорного окружения и бесперебойной связи в эпоху 6G! Новая технология предвещает революцию в защите нашей цифровой жизни!
Источник: scientificrussia.ru
