Новый тип высокотемпературных фотонных кристаллов

Источник: mit.edu

Фотонными кристаллами называются особые структуры, пропускающие излучение с определенной длиной волны и поглощающие остальной свет. В природе примером фотонного кристалла может служить опал, разлагающий видимый свет на множество оттенков радуги благодаря своей слоистой структуре. Промышленные фотонные кристаллы представляют собой решетки, где участки одного материала чередуются с вкраплениями другого (или с микроскопическими отверстиями). Специалисты Массачусетского технологического института (США) представили новый тип фотонных кристаллов, предназначенный для выделения волн инфракрасного диапазона. Кристаллы имеют классическую двумерную решетчатую структуру. Но данные устройства способны надежно работать при сверхвысоких температурах — до 1200 градусов по Цельсию.

Разработчикам пришлось преодолеть множество препятствий — ведь при таком экстремальном нагревании многие материалы подвержены коррозии, растрескиванию, плавке и даже испарению. Поэтому исследователи решили использовать высокочистый вольфрам и тантал. Также была создана специальная геометрия решетки, позволяющая избежать деформаций структуры при нагревании. Как отмечает руководитель проекта доктор Иван Целановик, методика изготовления кристаллов нового типа отличается простотой, низкой себестоимостью и масштабируемостью. В производственном процессе используются стандартные приемы микротехнологии и существующее оборудование для производства компьютерных чипов. Что касается сферы применения высокотемпературных фотонных кристаллов, то она весьма обширна.

На основе этих устройств могут быть построены эффективные инфракрасные излучатели для различных датчиков и сенсоров. Кроме того, разработкой заинтересовались в НАСА — новинка может быть использована в радиоизотопных тепловых генераторах, снабжающих энергией космические аппараты. Еще одна возможная область использования — устройства питания для портативной электроники. Вместо традиционных аккумуляторов гаджеты можно оснастить термофотоэлектрическими генераторами (ТФГ), в которых электричество получается из микрореакторов на топливе типа бутана. При одинаковом размере и весе подобные системы дают 10-кратное увеличение времени работы (по сравнению с существующими аккумуляторами). А для создания таких ТФГ систем необходимы высокотемпературные фотонные кристаллы.