Российские физики «превратили» алмазы в пьезоэлектрики
Физики из МФТИ научились использовать алмазы в качестве основы для сверхчувствительных пьезоэлектрических датчиков, способных распознавать малейшие изменения в давлении, температуре и других параметрах окружающей среды, сообщает журнал Applied Physics Letters.
«Думаю, что полученные нами результаты превышают существующий в данной области исследований мировой уровень. Поведение алмаза как подложки акустического микрорезонатора оказалось весьма нетривиальным, и, надеюсь, у нас ещё будут поводы удивиться новым эффектам, которые принесёт применение алмаза в акустике и электронике», — заявил Борис Сорокин, ведущий автор исследования.
Многие диэлектрики, как рассказывают учёные, способны вырабатывать электрический ток при сжатии или растяжении, а также деформироваться под действием напряжения. Данный феномен, который физики называют «пьезоэффектом», является фактической основой цивилизации — без него не будут работать компьютеры, часы, микрофоны, жесткие диски и целый ряд других приборов, без которых современный человек не сможет прожить и дня.
Свойства пьезоэлектриков во многом зависят от того, как внутри них распространяются особые волны, называемые волнами Лэмба. Скорость их движения, угасание и другие характеристики зависят от устройства и химического состава материала, через который они движутся, что побуждает исследователей постоянно искать новые варианты пьезоэлектриков, в которых такие волны двигались бы максимально быстро и не затухали.
Алмазы, по расчетам российских физиков, обладают почти идеальными свойствами в этом отношении — скорость движения волн в них очень высока, и их интенсивность падает внутри кристаллов достаточно медленно. Проблема заключается в том, что пьезоэффект не характерен для алмазов.
Российские специалисты нашли ей решение, склеив пленку из нитрида алюминия, пьезоэлектрика, с кусочками синтетических алмазов. Используя компьютерную модель такого «бутерброда», авторы разработки просчитали несколько вариантов подобных структур, которые можно использовать в качестве высокочувствительных датчиков давления, микрофонов и других электронных устройств, преобразующих различные механические колебания в электрические сигналы.
По мнению физиков, подобные пьезоструктуры можно поменять таким образом, что они будут способны замечать даже отдельные налипшие на их поверхность бактерии — микроорганизмы немного увеличивают массу всей системы и смещают её резонансную частоту. Результаты их расчетов, как надеются Сорокин и его коллеги, станут основой для пьезоустройств будущего уже в ближайшие годы.
Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.
