Пора на море! Кошмар операторів і типографів – надія на нанотехнології

В інтерв’ю PAP доктор хаб. Мацей Молас з факультету фізики Варшавського університету, один із співавторів оглядової статті в «Science».

Гостей телевізійних станцій зазвичай інструктують не носити одяг зі смужками, дрібною клітинкою або капелюхами з гусячими лапками. Не без причини. На фото такого одягу часто можна побачити додаткові, неіснуючі викрійки. А відео ще гірше – новий візерунок нестерпно рухається і мерехтить, відволікаючи глядача.

Цей т.зв ефект муару — польською мовою просто муар (назва походить від тканини, як правило, шовку, на якій з’являється характерний малюнок) — пов’язаний із інтерференцією, тобто накладанням двох подібних візерунків. Якщо один візерунок зсунути відносно іншого або повернути на певний кут, одні елементи цих систем закривають один одного, а інші – візуально зливаються, створюючи додаткові більші структури, що вловлюються оком.

Ефект муару можна спостерігати на щільних завісах, що рухаються на вітрі, або навіть на двох рядах щаблів проїжджаючого віадука.

Також популярні оптичні ілюзії, коли фольгу з дрібним малюнком пересувають по нерозбірливому малюнку, щоб побачити щось на зразок анімації.

Ефект муару також часто з’являється, коли ми, наприклад, фотографуємо екран комп’ютера на мобільний телефон. На знімку видно характерні смужки, непомітні неозброєним оком. Це пов’язано з накладанням візерунків, які складають пікселі на зображеному екрані та пікселі датчика камери.

Відома Мора і поліграфістам. Вони знають, що, наприклад, на плакатах растрові крапки повинні бути правильно вирівняні одна з одною (вони складають кінцевий колір, видимий здалеку). Якщо сітки цих точок встановлені під невідповідним кутом одна до одної, на роздруківці з’являються додаткові, зазвичай небажані, візерунки.

НАРОДЖЕННЯ НОВОГО ПОЛЯ

Кілька років тому було виявлено, що муарові структури також утворюються в абсолютно несподіваному місці. Вони можуть бути присутніми між шарами структур, побудованих з одного шару атомів, утворюючи двовимірну мережу – наприклад, між шарами графену.

“Існує дуже велика група матеріалів, що складаються з шарів атомарної товщини – так званих структур Ван-дер-Ваальса. Шари цих матеріалів можуть бути складені як завгодно, оскільки між ними не утворюються міцні зв’язки. Таким чином, ми отримуємо новий ступінь свободи, який є кутом закручування між цими структурами. Виявляється, цей кут відіграє дуже важливу роль в електронних властивостях нових структур. Там виникає нова періодичність”, – пояснив доктор Хаб. Мацей Молас.

Коли справа доходить до наноструктур, – каже д-р. Molas – вперше спостерігався муар у двох шарах графену, розташованих по відношенню один до одного під т.зв. магічний кут (прибл. 1,1 градуса). Завдяки такому розташуванню в таких структурах вдалося отримати надпровідність із дуже специфічними властивостями — яких немає в одному шарі графену.

Муар також може утворюватися між двома шарами різних матеріалів, наприклад, діоксиду молібдену та дисульфіду вольфраму, де в певному порядку з’являються нові енергетичні стани.

Коли шари ван-дер-ваальсових структур обертаються відносно один одного, змінюється спосіб переміщення електричних зарядів між ними. Так, наприклад, можуть з’явитися такі «очі» надграток, в які електрони потрапляють ніби в пастку. Таким чином у нанокандвічі – між двома моношарами матеріалу – створюється об’єкт, що нагадує квантову точку – джерело поодиноких фотонів.

КРИПТОГРАФІЯ ТА ДЕТЕКТОРИ

Фізик пояснює, що такі джерела поодиноких фотонів, «фотони на вимогу», можуть бути корисні, наприклад, у квантовій криптографії, де поодинокі фотони потрібні для генерації сигналу, який неможливо перехопити безкарно. У цьому типі пристроїв одержувачу надсилається серія окремих фотонів. Якщо когось із них по дорозі хтось помітить, про це одразу дізнаються.

Фотони за запитом також можуть бути корисні в фотоніці – для розробки діодів з енергією, вибраною за запитом. «Ми знаємо, що матеріали, з яких виготовлені світлодіоди, мають певну енергію випромінювання. А в надгратках муару з’являються абсолютно нові енергії випромінювання фотонів, які ми можемо використовувати на практиці для виробництва діодів з новими можливостями», – описує доктор Молас.

Нові властивості «обертових сендвічів», виготовлених із шаруватих матеріалів, також можна використовувати для створення надзвичайно чутливих детекторів, здатних захоплювати окремі фотони (наприклад, виявляти найменші сліди інфрачервоного випромінювання).

Також можна застосувати ці нещодавно описані властивості у фотоелектричній техніці, якщо ми хочемо, щоб матеріали могли поглинати фотони з усього діапазону спектру сонячного випромінювання.

МОРЕ ВИКЛИКІВ? МОЖЕ БУТИ

Дослідник каже, що до застосування ще довго. І великим викликом залишається виробництво одношарових матеріалів.

Багато кращих моношарових матеріалів досі отримують досить домашнім методом – ексфоліацією, тобто відшаровуванням окремих атомарних шарів від структури, що складається з безлічі погано склеєних шарів. Найвідомішим прикладом відшарування стало Нобелівське дослідження графену шляхом відлущування все тонших і тонших шарів графіту за допомогою відповідної липкої стрічки.

І якщо ми хочемо використовувати шаруваті матеріали атомарної товщини в промисловості, нам потрібні способи виробництва таких шарів контрольованим способом – наприклад, змусити їх рости на підкладках. Цей процес ще не доведений до досконалості, але вчені інтенсивно працюють над його вдосконаленням, у тому числі на фізичному факультеті Варшавського університету.

PAP – Наука в Польщі, Людвіка Томала

бар/