Майже півтора століття тому Томас Едісон використав вугільну (вуглецеву) нитка в якості провідної для створення першої в світі лампи розжарювання. Учені й сьогодні використовують цей матеріал тільки дещо в іншому вигляді.
В рамках нового дослідження команда фізиків застосувала графен – вуглецевий матеріал з ідеальною стільникового кристалічною решіткою – для виготовлення провідної нитки. В результаті вийшла лампа, яка, як стверджують розробники, є найтоншою в світі на сьогоднішній день. І хоча саму нитку не видно неозброєним оком, “лампочка” виробляє достатньо яскраве світло.
Над її створенням працювала велика міжнародна команда інженерів з Колумбійського університету США, Національного університету Сеула та Корейського науково-дослідного інституту стандартів і науки.
Найтонші нитки графена вчені прикріпили до металевих електродів і розмістили отримані смуги на кремнієвій підкладці.Проходження електричного струму по нитках викликало їх нагрівання до 2500 ° C, що забезпечувало яскраве світіння, розповідається в прес-релізі Колумбійського університету.
“Цей новий тип” широкосмугового “випромінювача світла може бути інтегрований в мікросхеми. З нашою розробкою відкриваються двері у світ гнучких і прозорих дисплеїв товщиною в кілька атомів, а також оптичних комунікацій майбутнього “, – розповідає провідний автор дослідження Джеймс Хоун (James Hone) з Колумбійського університету.
Здатність графена досягати таких високих температур і при цьому не плавити ні підкладку, ні металеві електроди пояснюється тим, що чудо-матеріал не відводить тепло від себе. Тепло концентрується в самому центрі ниток і проводить виключно яскраве світло.
Вимірювання спектра світла, випромінюваного новим пристроєм, показало, що піки випромінювання припадають на невидимі для людського ока довжини хвиль. Цей ефект, пояснюють вчені, викликаний інтерференцією світлових хвиль, вироблених самої графеновою ниткою, і тих, що відбиваються від кремнієвої підкладки і знову проходять через графенові волокна.
“Цей феномен можливий тільки з графеновою лампою, оскільки графенові нитки, на відміну від всіх інших, є прозорими. Ми можемо налаштовувати спектр випромінювання, змінюючи відстань від ниток до підкладки “, – пояснює Хоун. Графенова решітка до того ж вкрай ефективна в питаннях виробництва світла (матеріал здатний підтримувати рівні збудження, які забезпечують вільне протягом електронів). Подібно до того, як графен випускає електрони при порушенні світлом лазера, він також здатний випускати фотони (частки світла) при нагріванні електрикою.
“При високих температурах температура електронів набагато вище, ніж у акустичних коливальних мод графеновою решітки. Це означає, що для досягнення температур, необхідних для світіння у видимому діапазоні, потрібно зовсім небагато енергії”, – говорить співавтор дослідження Мен-Хо Бе (Myung- Ho Bae) з Корейського НДІ стандартів і науки. Результати нового дослідження були опубліковані в журналі Nature Nanotechnology. Зараз дослідники намагаються з’ясувати, чи можна швидко перемикати графенові мікроламп і чи можна їх використовувати для бінарного кодування в оптичних комунікаціях.
