Ученые из ООО «Терагерцовая Фотоника», Образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы» Университета ИТМО и Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна разработали новую методику, которая позволяет быстро, легко и бесконтактно измерять теплопроводность объемных и наноразмерных тонкопленочных образцов без разрушения. Устройство состоит из двух лазеров: излучение первого — лазера накачки — на длине волны зеленого цвета нагревает образец, а отраженное от образца излучение второго — зондирующего лазера — на длине волны красного цвета используется для измерения теплопроводности.
:no_upscale()/imgs/2023/11/10/08/6218433/c6a87d4eb636387f1617650d5df2a6f9e082e10a.jpg)
В зависимости от того, насколько нагрелся материал, он по-разному отражает свет красного лазера, поэтому данные об отражательной способности образца позволяют рассчитать его теплопроводность.
С помощью новой методики авторы измерили теплофизические свойства материалов, из которых изготавливается датчик терагерцового излучения, для создания численной модели данного прибора. Излучение такого типа используется для изучения самых разных объектов: от живых тканей до багажа в аэропорту в режимах на отражение и пропускание, поскольку позволяет более безопасным, чем рентген, способом просканировать непрозрачные материалы. Опираясь на полученные данные по теплопроводности, ученые изготовили терагерцовый детектор. Для реализации проекта компания «Терагерцовая Фотоника» получила грант в 3 млн рублей по конкурсу «Старт-1».
Авторы экспериментально проверили, насколько точно датчик воспринимает излучение, которое при работе будет поглощаться образцом. Для этого прибор освещали терагерцовым излучением с известными характеристиками (интенсивностью и длиной волны) и проверяли, насколько точно эти данные воспроизведет устройство. Эксперимент показал, что по чувствительности и скорости отклика на излучение прибор не уступает уже существующим детекторам и хорошо согласуется с численной моделью данного устройства. При этом новое устройство обладает важным преимуществом перед ними — оно дешевле аналогов и проще в изготовлении, а также может работать при комнатной температуре, тогда как большинство других подобных приборов требуют охлаждения до сверхнизких температур порядка -270°С.
«Производство прибора для измерения теплопроводности оказалось в десять раз дешевле аналогов, при этом по характеристикам он им не уступает. Благодаря этому данные о теплопроводности материалов, полученные на данном устройстве, могут найти применение в терагерцовой фотонике в таких областях, как системы связи 6G, визуализация, медицинская диагностика. В дальнейшем мы будем пытаться повысить его чувствительность», — рассказывает руководитель проекта Михаил Ходзицкий, кандидат физико-математических наук, генеральный директор ООО «Терагерцовая Фотоника».
