Почти полтора века назад Томас Эдисон использовал угольную (углеродную) нить в качестве проводящей для создания первой в мире лампы накаливания. Учёные и сегодня используют этот материал только несколько в другом виде.
В рамках нового исследования команда физиков применила графен — углеродный материал с идеальной сотовой кристаллической решёткой — для изготовления проводящей нити. В результате получилась лампа, которая, как утверждают разработчики, является самой тонкой в мире на сегодняшний день. И хотя саму нить не видно невооружённым глазом, "лампочка" производит достаточно яркий свет.
Над её созданием работала крупная международная команда инженеров из Колумбийского университета США, Национального университета Сеула и Корейского научно-исследовательского института стандартов и науки.
Тончайшие нити графена учёные прикрепили к металлическим электродам и разместили получившиеся полосы на кремниевой подложке. Прохождение электрического тока по нитям вызывало их нагрев до 2500 °C, что обеспечивало яркое свечение, рассказывается в пресс-релизе Колумбийского университета.
"Этот новый тип "широкополосного" излучателя света может быть интегрирован в микросхемы. С нашей разработкой открываются двери в мир гибких и прозрачных дисплеев толщиной в несколько атомов, а также оптических коммуникаций будущего", — рассказывает ведущий автор исследования Джеймс Хоун (James Hone) из Колумбийского университета.
Способность графена достигать столь высоких температур и при этом не плавить ни подложку, ни металлические электроды объясняется тем, что чудо-материал не отводит тепло от себя. Тепло концентрируется в самом центре нитей и производит исключительно яркий свет.
Измерение спектра света, излучаемого новым устройством, показало, что пики излучения приходятся на невидимые для человеческого глаза длины волн. Этот эффект, поясняют учёные, вызван интерференцией световых волн, производимых самой графеновой нитью, и тех, что отражаются от кремниевой подложки и вновь проходят через графеновые волокна.
"Этот феномен возможен только с графеновой лампой, поскольку графеновые нити, в отличие от всех остальных, являются прозрачными. Мы можем настраивать спектр излучения, изменяя расстояние от нитей до подложки", — поясняет Хоун.
Графеновая решётка к тому же крайне эффективна в вопросах производства света (материал способен поддерживать уровни возбуждения, которые обеспечивают свободное течение электронов). Подобно тому, как графен испускает электроны при возбуждении светом лазера, он также способен испускать фотоны (частицы света) при нагревании электричеством.
"При самых высоких температурах температура электронов намного выше, чем у акустических колебательных мод графеновой решётки. Это означает, что для достижения температур, необходимых для свечения в видимом диапазоне, требуется совсем немного энергии", — говорит соавтор исследования Мен-Хо Бэ (Myung-Ho Bae) из Корейского НИИ стандартов и науки.
Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Сейчас исследователи пытаются выяснить, можно ли быстро переключать графеновые микролампы и можно ли их использовать для бинарного кодирования в оптических коммуникациях.
