Новосибирские физики впервые в России создали сверхтонкие графеновые пленки с проводимостью металлов для 6G
Графеновые пленки нового поколения для связи будущего
Учёные из Новосибирска добились значимых результатов в создании систем связи нового поколения 6G. Они разработали технологию производства ультратонких плёнок из графеновых наночастиц. Впервые в России специалисты Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Института физики полупроводников СО РАН (ИФП СО РАН) подтвердили, что эти материалы обладают электропроводностью, сопоставимой с металлами.
Василий Герасимов, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН и кандидат физико-математических наук, рассказал о том, какие методы исследования использовались:
Основным открытием стало обнаружение высоких проводящих свойств у созданного материала. Герасимов уточнил, что проводимость этого композитного материала всего на один-два порядка ниже, чем у металлов. Это открывает перспективы для его применения в терагерцевой интегральной плазмонике.
По словам учёного, главная трудность исследований заключалась в необычной структуре композитного графена. Его наноразмерная структура делает изучение оптических характеристик очень сложным. Металлы имеют однородную плёночную структуру со стабильной кристаллической решёткой, тогда как композитный графен состоит из наночастиц размером в несколько нанометров, что значительно усложняет его анализ.
Особые свойства графена обусловлены его чрезвычайно малой толщиной. Ирина Антонова, ведущий научный сотрудник Института физики полупроводников СО РАН и доктор физико-математических наук, объяснила, что такое графен:
Все знают, как выглядит графит, потому что все видели кусок угля. Графен - это уже монослой толщиной от половины нанометра, материал хоть и являющийся производным графита, но обладающий абсолютно иными свойствами. - пояснила Ирина Антонова.Она также отметила прямую взаимосвязь между толщиной материала и его свойствами: чем тоньше структура, тем выше её проводимость и теплоёмкость.
Процесс создания графеновых "чернил" является технологически трудоёмким и включает множество стадий обработки. Артем Иванов, научный сотрудник ИФП СО РАН и кандидат физико-математических наук, пояснил, что для получения пригодных для печати чернил необходимо пройти несколько этапов:
Если взять природный графит и размолоть его в диспергаторе, устройстве, похожем на бытовой блендер, получится крупный и тяжелый песочек. - говорит Артем Иванов.Он добавил, что только после химической обработки и разделения по фракциям можно получить настоящие чернила, которые "уже можно заливать в принтер и печатать пленки с заданными свойствами".
Для изучения свойств графеновых плёнок специалисты использовали поверхностные плазмон-поляритоны - особые электромагнитные волны. Василий Герасимов описал, как работает этот метод:
Эти волны, прилегая к поверхности проводника и двигаясь вдоль нее, проникают на очень небольшую глубину в материал и отлично “чувствуют” его оптические свойства. - объяснил Герасимов.Полученные данные будут использованы для дальнейшей разработки биологических датчиков и плазмонных микросхем терагерцевого диапазона. Результаты исследования были опубликованы в научном издании IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, которое специализируется на терагерцевых технологиях и считается авторитетным в этой области.
Новосибирский Академгородок является домом для нескольких ведущих научных учреждений России. Среди них - Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), основанный академиком Г. И. Будкером в 1958 году. Это крупнейший физический институт в стране, занимающийся физикой высоких энергий и термоядерным синтезом. Его уникальные установки, такие как ВЭПП-3, ВЭПП-4М и Новосибирский ЛСЭ, являются источниками синхротронного и терагерцевого излучения мирового уровня.
Институт физики полупроводников СО РАН имени А. В. Ржанова (ИФП СО РАН), основанный в 1964 году, представляет собой ведущий научно-исследовательский центр в области полупроводников. Институт занимается разработкой передовых технологий, начиная от инфракрасных фотоприёмников и заканчивая квантовыми интерферометрами и нанотехнологиями. Его достижения были отмечены семью государственными премиями СССР и России.
Все началось с того, что квантовые точки были впервые обнаружены и изучены нобелевским лауреатом Алексеем Екимовым и другими советскими физиками в 1980-х годах. В продолжение этих исследований, 21 августа 2025 года, Центр научной коммуникации МФТИ сообщил, что российские химики разработали новый метод создания экологичных коллоидных квантовых точек из меди, индия и серы. Похожее событие произошло позднее, когда специалисты Казанского федерального университета представили инновационный подход к созданию масштабируемых квантовых устройств, используя карбид кремния для высокоинтегрированных чипов. Эти достижения подчеркивают активное развитие отечественных нанотехнологий и квантовых материалов, направленных на создание элементов для будущих систем связи и сенсорики.