Концепт оптического компьютера будущего
Российские исследователи из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) совместно с коллегами совершили значительный прорыв в области производства “умного” стекла. Разработанная ими технология позволяет существенно ускорить и снизить стоимость создания этого материала, который является ключевым компонентом для энергосберегающих окон и высокопроизводительных оптических компьютеров будущего. Детали исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Materials Letters.
Композитные материалы, сочетающие в себе два и более различных элемента для достижения уникальных свойств, находят широкое применение в современной индустрии. В частности, силикатное стекло, модифицированное наночастицами серебра, открывает путь к созданию фотонных компьютеров, способных многократно превосходить по скорости традиционные электронные системы. Помимо этого, “умное” стекло играет важную роль в производстве энергоэффективных оконных систем и служит основой для передовых биосенсорных платформ.
Представители СПбПУ отмечают, что традиционные методы получения таких композитов характеризуются высокой ресурсоемкостью, значительными временными затратами и высоким потреблением энергии.
Команда ученых университета разработала инновационную технологию, которая обещает значительно сократить время и стоимость синтеза этих ценных материалов. Отличительной особенностью нового метода является исключение трудоемкого и дорогостоящего этапа длительной термообработки, присутствующего в классических подходах.
Суть предложенного решения заключается в воздействии на материал электронным пучком с низкой энергией, но высокой плотностью тока. Этот подход позволяет сформировать необходимую конфигурацию наночастиц всего за одну минуту, полностью исключая стадию последующего отжига, как пояснили авторы научного труда.
Дарья Соколова, ассистент Высшей инженерно-физической школы СПбПУ, подчеркнула: “Традиционные методы синтеза требуют продолжительного нагрева стекла до 550–600 °C после введения серебра, чтобы обеспечить образование функциональных наночастиц. Наша же технология обходит эту стадию, что позволяет сократить общую стоимость производства до 30%.”
По словам Соколовой, экономическая выгода новой технологии достигается за счет снижения затрат на труд, оборудование и электроэнергию. Кроме того, время синтеза материала сокращается с нескольких часов до рекордно коротких 60 секунд, что является значительным преимуществом по сравнению с такими альтернативными методами, как лазерная абляция или ионный обмен, которые также требуют последующего отжига.
Эффективность предложенного метода была подтверждена в ходе серии экспериментальных исследований. Ученые продемонстрировали возможность точного управления свойствами конечного материала путем изменения параметров электронного пучка и использования низких энергий, что позволяет “проектировать” частицы и наночастицы с заданными характеристиками для различных практических применений.
На текущем этапе исследователи сосредоточены на дальнейшем повышении эффективности производства композитов на основе системы “силикатное стекло – металлические наночастицы”. Целью является изучение разнообразных конфигураций и оптимизация методов для успешного внедрения технологии в крупномасштабное производство.
В работе над проектом также принимали участие ведущие специалисты из Московского государственного университета (МГУ) и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе.
Дмитрий Верхов