Tarptautinės mokslininkų komandos sukurtas elektromagnetinių bangų sugėriklis – ant žurnalo „Advanced Optical Materials“ galinio viršelio

FTMC mokslininkai sulaukė dar vieno tarptautinio įvertinimo: prestižinis žurnalas „Advanced Optical Materials“ išspausdino jų straipsnį su iliustracija ant galinio viršelio. 

FTMC Optoelektronikos skyriaus komanda – dr. Irmantas Kašalynas, dr. Saulius Tumėnas, dr. Justinas Jorudas, dr. Andrzej Urbanowicz, dr. Vytautas Janonis, dr. Daniil Pashnev ir dr. Surya Revanth Ayyagari – kartu su su kolegomis iš Rytų Suomijos universiteto bei Tokijo universiteto sukūrė universalų elektromagnetinių bangų sugėriklį, kuris gali būti pritaikytas tokioms sritims kaip astronomija ar gynyba.

Kuo ypatinga ši technologija – ir kaip čia padeda... vabzdžių akys?

Pirmas kartas pasaulyje

Kaip jau galite suprasti iš pavadinimo, elektromagnetinių bangų sugėriklis – tai prietaisas, kuris į save sugeria (arba, moksliškai tariant, absorbuoja) tam tikras nematomas bangas, kad jos nebesklistų aplinkoje. Turbūt paprasčiausias tokio veikimo pavyzdys būtų garso įrašų studija, kur muzikos grupė įdainuoja ir įgroja savo naujausią hitą: studijos sienos būna apklijuotos specialia medžiaga, kuri sugeria garso bangas. Šitaip išvengiama menkiausio aido, ir daina gali būti įrašyta kokybiškai.

Panašiai atrodančią patalpą turi ir FTMC – Fizikinių technologijų skyriuje veikianti Mikrobangų beaidė kamera yra apmušta tam tikro pluošto „spygliais“, kurie sugeria mikrobangas. Tai leidžia atlikti eksperimentus su įvairiomis antenomis, išmaniaisiais prietaisais, dronais ir kitomis technologijomis, kurioms veikti šios bangos yra būtinos.

(Dr. Irmantas Kašalynas. Hernandez & Sorokina / FTMC nuotrauka)

Tačiau yra viena bėda – konkretūs sugėrikliai gali būti skirti tik tam tikram elektromagnetinių bangų ruožui, o universalaus prietaiso nebuvo sukonstruota. Bet dabar viskas keičiasi.

„Mūsų darbas išskirtinis tuo, kad sukūrėme sugėriklį, veikiantį nuo terahercų bangų iki giliosios ultravioletinės spinduliuotės ruožo. Tai labai platus diapazonas, naujovė pasauliniu mastu“, – sako vienas iš straipsnio autorių, FTMC Optoelektronikos skyriaus Terahercinės fotonikos laboratorijos vadovas dr. Irmantas Kašalynas.

Jis priduria, kad tyrimai vis dar vyksta, o prietaiso techninės detalės dar tobulinamos. Pats sugėriklis – tai mažytis juodas daiktas, kur kas įdomiau atrodantis, jei jo paviršių pritrauktume mikroskopu šimtus kartų: prietaiso paviršius primena tvarkingai apkirptų tujų mišką, o pritraukus vaizdą dar labiau, jau matytume kažką panašaus į smailiaviršūnes piramides. Šie „spygliukai“ ir padeda sugerti elektromagnetines bangas.

(Skenuojančiojo elektroninio mikroskopo (SEM) padaryti „musės akies“ struktūros vaizdai. Palyginimui: (a) rodo plotą, maždaug tūkstantį kartų mažesnį už žmogaus plauko storį, o (b) – mažesnį apie penkis tūkstančius kartų. FTMC nuotraukos)

„Kalbant paprastai, tai yra silicio plokštelė, ant kurios suformuota vadinamoji „musės akies“ struktūra (kuri iš tiesų primena vabzdžio akį). Ji sumažina lūžio rodiklį – elektromagnetinės bangos perėjimą iš oro į medžiagą. Tokia paviršiaus struktūra sumažina atspindžius, medžiaga tampa skaidresnė, nes daugiau šviesos į ją patenka.

„Musės akį“ naudojame ne tik sugėrikliams, bet ir optinėse plokštelėse, lęšiuose, ant stiklų, kad jie neatspindėtų šviesos. Ant telefonų ekranų dedamos plėvelės veikia panašiai“, – paaiškina FTMC fizikas.

Pranašumą teikianti juoda spalva

Esminė lietuvių ir užsienio tyrėjų komandos naujovė – ant „musės akies“ pavyko uždėti anglies sluoksnį. Tokia kombinacija šią struktūrą pavertė visiškai juoda, kurią galima pritaikyti itin plačiam elektromagnetinių bangų spektrui.

„Šis juodumas reiškia, kad mūsų medžiaga sugeria tiek matomą, tiek infraraudonąją, tiek terahercinę spinduliuotę. Gamtoje nėra daug medžiagų, kurios taip „elgtųsi“ – todėl tai unikalus rezultatas. Galima sakyti, pro ją niekas nepraeina ir nuo jos niekas neatsispindi. Tikra „juoda naktis“, – teigia I. Kašalynas.

Galiniame žurnalo „Advanced Optical Materials“ viršelyje būtent matosi, kaip į juodą spygliuotą medžiagą įsilieja skirtingų ruožų bangos (nuo viršaus) – gilioji ultravioletinė, regimoji šviesa, infraraudonoji ir terahercinė. Šią iliustraciją sukūrė viena šveicarų kompanija, ir ji puikiai iliustruoja sugėriklio veikimo principą.

(Anglimi padengto elektromagnetinių bangų sugėriklio pavyzdys. Tokijo universiteto nuotrauka)

Pasak FTMC mokslininko, kiekviena institucija įnešė savo indėlį: kolegos iš Japonijos sukūrė „musės akies“ silicio paviršių, Suomijos tyrėjai jį padengė anglies plėvele, kuri suteikia medžiagai juodumo, o Lietuvos komanda, taikydama įvairius pažangius metodus, atliko tikslius matavimus ir interpretavo duomenis.

„Mokslininkams įdomu naudoti tokius sugėriklius kalibruojant instrumentus ar tiriant medžiagų paviršius. O mūsų partneriai – Tokijo universitetas – mato pritaikymą kosminiuose tyrimuose, astronomijos instrumentuose, radioteleskopuose. Tokiems įrenginiams reikia paviršių, kurie sugertų konkretaus ruožo bangas.

Be to, Europos Sąjunga dabar jungia kosmoso ir gynybos tyrimus, todėl šios medžiagos domina abi sritis. Gal kada nors turėsime „juodąją“ bandomąją kamerą – kol kas tai dar labai brangu, bet būtų labai įdomu“, – pasakoja vienas iš straipsnio autorių I. Kašalynas.

Šį FTMC vykdytą tyrimą rėmė ES Inovatyvių mokymo tinklų (ITN) projektas „TERAOPTICS – Terahertz Photonics for Communications, Space, Security, Radio-Astronomy, and Material Science“. Projektu siekiama ugdyti jaunuosius tyrėjus terahercinės (THz) fotonikos srityje, pritaikant naujas idėjas, tyrimus ir pažangias technologijas.

Parengė Simonas Bendžius