Исследовательская команда российских и зарубежных ученых – в которую вошли специалисты Центра фотоники и 2D-материалов МФТИ, сотрудники Сколтеха, ИТМО, ИОФ РАН, ИФТТ РАН, а также партнеры из Китая и Объединённых Арабских Эмиратов – совершила прорыв в области управления терагерцовыми волнами. Им удалось разработать уникальную по своим свойствам линзу для терагерцового диапазона, выполненную с применением технологий углеродных нанотрубок. Это решение открывает широчайшие перспективы для безопасной медицины будущего, интеллектуальных систем безопасности, а также для нового поколения мобильной связи 6G.
Терагерцовое излучение: окно в инновации и здоровье
Терагерцовый диапазон волн остаётся одним из самых малоизученных сегментов электромагнитного спектра, хотя потенциальные возможности этого участка просто впечатляют. В настоящее время основной проблемой остаётся создание гибкой элементной базы для точного фокусирования терагерцового излучения: классические материалы (например, кремний или TPX) используются для создания стационарных, негибких линз с фиксированными параметрами. Новая же разработка, предложенная учёными – это шаг к полностью адаптивной оптике, которая способна быстро реагировать и изменять параметры работы в реальном времени.
Для медицины это значит, что можно разработать аппараты, которые будут "смотреть" внутрь организма, не повреждая ткани и не подверждая пациента облучению, как в случае с рентгеном. Возможности адаптивного управления интенсивностью и фокусом делают такую технику незаменимой и для новых способов диагностики, и для мониторинга динамических процессов в биологических тканях.
Персонализированная связь и безопасность на новом уровне
Новая "умная" линза, по словам Марии Бурдановой, старшего научного сотрудника МФТИ, способна динамически изменять распределение мощности сфокусированного луча. В системах связи шестого поколения это позволит на лету перенаправлять сигнал между абонентами – например, когда на концерте, стадионе или другой массовой площадке большое количество людей одновременно используют сеть. Благодаря сверхбыстрой перестройке и высокой пропускной способности терагерцовый канал связи обеспечит стабильную скорость передачи данных в разы выше, чем у современных 5G-сетей.
В системах безопасности адаптивная линза поможет создать устройства для неинвазивного дистанционного сканирования – терагерцовые волны легко проходят сквозь дерево, керамику, пластик и другие неметаллические материалы, но полностью безопасны для человека. Это может стать инновационным решением для проверки багажа, дверей и стен в аэропортах, вокзалах, учреждениях образования и других местах, где требования к безопасности особо высоки.
Технологический рывок: от лаборатории к индустриальным приложениям
Преимущество линзы, созданной международной командой с участием МФТИ, Сколтеха, ИТМО и ведущих представителей ИОФ РАН, ИФТТ РАН, заключается в её чрезвычайно малой толщине – она в тысячи раз тоньше человеческого волоса и не требует массивных корпусов и сложных систем управления. Благодаря углеродным нанотрубкам линза получает возможность быстрого изменения характеристик: настраиваемая форма луча, контролируемая интенсивность, направленность и зона фокусировки. Эти качества делают устройство универсальным и легко внедряемым в различные отрасли – от здравоохранения до телекоммуникаций, промышленности и научных исследований.
Поддержку исследованиям оказал Российский научный фонд, что ещё раз подтверждает признание стратегической важности данного направления на государственном уровне. Альберт Насибулин, Дмитрий Красников и другие участники коллектива подчеркивают, что созданная технология станет запускной площадкой для масштабизации и интеграции в реальные продукты не только в России, но и по всему миру.
Будущее, которое становиться ближе
Сегодняшнее открытие специалистов МФТИ, Сколтеха, ИТМО и их партнёров – не просто очередной шаг в развитии терагерцовой фотоники, а целая эра новых возможностей для науки и технологий. Инновационная "умная" линза позволит реализовать концепции персонализированной связи, расширит горизонты диагностических исследований и создаст более безопасный и комфортный мир. Интеллектуальная адаптивность элемента уже сейчас вызывает интерес международных промышленных гигантов и научных институтов, а российские исследователи намерены расширять работу над совершенствованием и массовым производством таких устройств.
Ожидается, что благодаря дальнейшей поддержке Российского научного фонда, сотрудничеству молодых учёных и внедрению новейших материалов, разработки будут двигаться вперёд с рекордной скоростью. Технологии завтрашнего дня становятся доступнее уже сегодня благодаря энтузиазму, знаниям и настойчивости российских учёных и всей международной команды.
В мире науки постоянно происходят события, способные переломить представления о привычных вещах. Недавно российские исследователи сделали большой шаг вперед, создав уникальную линзу, сочетающую в себе ультратонкость, гибкость и высокотехнологичную настраиваемость. Эта инновация основана на использовании углеродных нанотрубок и открывает новые горизонты для оптических устройств будущего.
Прорывные технологии: как устроена новая линза
В основе появления новой разрабатываемой линзы лежит принцип работы зонной пластины Френеля, эффективно внедренный в конструкцию электрохимической ячейки. Между двумя сверхпрозрачными кварцевыми пластинами ученые поместили микроскопический слой ионной жидкости, а также пленку из углеродных нанотрубок, на которую нанесен тщательно рассчитанный узор из концентрических колец. По тонкости рабочий слой из нанотрубок превосходит все привычные ориентиры – его толщина составляет всего 40 нанометров, что в тысячи раз тоньше даже самого тонкого волоса человека. Для управления свойствами устройства предусмотрены миниатюрные контакты из золота, действующие в роли электродов.
Неограниченные возможности усовершенствования
Углеродные нанотрубки оказались идеальным материалом для задач подобного уровня сложности. Хотя современные технологии предлагают разные варианты, именно нанотрубки выделяются благодаря возможности легко масштабировать проекты, внедрять их в массовое производство и достигать выдающихся показателей эффективности. Как отмечают разработчики, их команде удалось реализовать контроль над структурой линзы на всех этапах – от организации атомов до полноценного метода нанесения сложного узора. Такой подход открывает захватывающие перспективы не только для исследовательских лабораторий, но и для многих прикладных областей науки и техники.
Об этом с вдохновением рассказывает один из ведущих участников проекта, старший преподаватель Сколтеха Дмитрий Красников, уверенный, что открытие приведет к появлению новых технологических решений.
Интеллектуальное управление светом
Докоренным образом отличается и принцип работы новой линзы. В отличие от традиционных оптических аналогов, фокусировка на этот раз происходит не за счет изменения кривизны или фазовых разностей в материале объектива. Здесь задействована высокоточная дифракция, реализуемая вручную выверенным рисунком из концентрических колец на плоской поверхности. Такой подход напоминает работу фильтра: пропускать и усиливать лишь те волны, которые формируют в результате четко сфокусированный световой пучок.
Особую привлекательность изобретению придает возможность почти мгновенного изменения его свойств с помощью подачи минимального напряжения (от -2 до +2 вольт). Когда электроды подсоединяются к контактам, ионы в жидкости активируются и формируют своеобразный двойной слой, что можно сравнить с работой конденсатора. Это действие заряжает нанотрубочную пленку, мгновенно меняя ее оптическую прозрачность. Результат – ученые могут точно и дистанционно регулировать интенсивность светового луча в фокусе в широком диапазоне – от минус 20% до плюс 15%!
Синергия наук и командная работа
Вдохновляющая особенность этого прорыва – сотрудничество представителей разных научных направлений. Проект объединил экспертов ИТМО, МФТИ и Сколтеха, каждый из которых внес свою уникальную лепту в общую картину прогресса. Благодаря синергии знаний из электрохимии, фотоники и материаловедения удалось создать не просто продвинутую технологию, а по-настоящему инновационное решение, способное изменить будущее оптики. Как отметил профессор Центра фотоники Сколтеха Альберт Насибулин, наиболее яркие открытия происходят именно на пересечении различных дисциплин, когда слаженная работа исследователей превращается в значимый вклад в мировую науку.
Ожидание новых открытий: планы на будущее
Экспериментальный прототип уже прошел успешные испытания в лабораторных условиях и получил патентную защиту. Однако команда не собирается останавливаться на достигнутом – ведется работа по ускорению отклика системы за счет испытаний с новыми электролитами. В числе приоритетных задач ученых – создание многослойных и многофокусных линз, которые смогут адаптироваться практически к любым задачам пользователя. Перспективы внедрения столь гибкой и тонкой оптики безграничны – она обещает сделать сенсорные технологии, медицина, связь и даже искусственный интеллект еще более точными, удобными и эффективными.
Сегодня мы становимся свидетелями появления решений, которые еще недавно казались научной фантастикой. И этот инновационный путь продолжается, внушая уверенность в ближайшем светлом и технологичном будущем.
Работа проведена при поддержке Российского научного фонда (проект №24-79-00143) и партнерской программы «Клевер», объединяющей ведущие исследовательские коллективы МФТИ, Физтеха, Сколтеха и Университета ИТМО.
Передовые исследования для будущего связи
Группа ученых из ведущих российских научных учреждений разработала инновационную «умную» линзу, которая в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Этот революционный оптический элемент открывает новые горизонты для развития сетей 6G. Благодаря высокой точности и миниатюрным размерам линза способна обеспечивать эффективную работу телекоммуникационных систем следующего поколения, значительно повышая скорость и качество передачи данных. Она представляет собой пример того, как научные открытия способствуют развитию технологий и создают условия для более устойчивого и прогрессивного будущего.
Открытие для нового поколения технологий
Инновационное устройство позволит реализовать новые подходы в области оптики и коммуникаций — перспективные технические решения становятся реально возможными уже сегодня. Результаты работы исследовательской группы открывают путь к активному внедрению умных устройств в индустрию, что поможет сделать нашу повседневную жизнь удобнее, а обмен информацией — ещё более быстрым и надежным. Совместные усилия российских научных центров доказывают, что передовые идеи и современный научный подход позволяют эффективно решать самые амбициозные задачи сегодняшнего дня и двигаться к технологиям будущего.
