TLDR: Několikařádově citlivější senzor vznikl díky společné práci amerických univerzit. Může za to grafen. Zlepšit by mohl infračervené zobrazování i radiovou komunikaci. Studie tuna.

Matroš budoucnosti

O materiálu budoucnosti známém jako grafen jste nejspíše už slyšeli – konec konců, při pohledu na kalendář v budoucnosti už žijeme!

Tahle 2D variace uhlíku však navzdory řadě od let od svého objevu unikásvětu aplikované vědy. Byť byl grafen objeven již v roce 2004, pokud se podíváte doleva a doprava, stále asi nevidíte, že bychom z něj stavěli levitující baráky nebo jezdili na grafenový benzín…

Často se stran grafenu skloňuje třeba jeho pevnost v tahu, ale vesmírný výtah z něj taky ještě nebudujeme. K čemu nám tedy může vlastně v dohledné době sloužit?

Grafen není pozoruhodný jenom pevností, ale i svými elektronickými vlastnostmi! Právě v tomto ohledu nyní tým vědátorů z Harvardu, MIT a dalších filiálek přišel s grafenovým bolometrem citlivějším až 100 tisíckrát víc než jiné současné alternativy!

Bolometry jsou přístroje pro detekci slabého záření, v tomto případě záření mikrovlnného. Problém s detekcí podobných srand je v tom, že je často přehluší záření silnější. Tož jak to ale měřit? Vědátoři už ke konci 19. století přišli s fikaným nápadem na principu proměny odporu, který se mění podle záření, které na povrch mašinky dopadá.

A nyní tentýž koncept zminiaturizovali až na maximum!

Bolocožeto?

Bolometr sám musí být tepelně izolován od svého okolí, což senzory a jejich citlivost komplikuje, ale bez toho měl stejný efekt, asi jako kdybyste chtěli fotit svatební snímky proti slunku. I tento princip je však příslovečným slonem v porcelánu po boku bolometru nového – grafenového, který využívá skoro až zázračných vodivých vlastností pro mnohem přesnější detekci proměn odporu.

Jeho princip je stejný, ale díky zavedení senzoru ve formě grafenu mezi dva supravodivé spoje bylo dosaženo zatím nepoznané citlivosti. Ta je tak tak vysoká, že nový bolometr dovede měřit rozdíly dané dopadem jediného mikrovlnného fotonu, tedy v nejmenší spodní hranici měření!

Pomáhá si při tom několika srandama z kvantovky, mimo jiné třeba i tzv. Josephsonovým jevem, kdy mezi dvěma oddělenými a odizolovanými (!) supravodiči (!!) vzniká elektrický proud. Tahle sranda stojící na tunelovém jevu, kdy si částice najdou cestu přes zdánlivě neprostupnou bariéru (protože jsou to částice), není aplikována poprvé – ale v tomto případě nejspíše také nikoliv naposledy!

V součtu je díky své tenkosti i zbylé fyzikální magii bolometr potenciálně schopný přeměnit způsob, jakým detekujeme infračervené záření, ale i jak vedeme elektronickou válku nebo jak komunikujeme přes radiové vlny. Čím?

Níže, lépe, levněji!

Grafenový bolometr sice ještě není vložen do jiných bazmeků, nabízí se ale třeba možnost zlepšit s jeho pomocí citlivost radarů, noktovizorů nebo LIDARŮ. Zvýšit by mohl i citlivost vysílaček na zatím nepoznanou úroveň. S aplikací pro elektronický boj jsou informace poněkud skoupější, nikoliv nadarmo však vývoj financovala americká armáda.

Nicméně, to nemusí nutně znamenat, že bolometr bude sloužit jenom pro válečné účely. Potenciálně by mohl rapidně zlepšit třeba citlivost observatoří nebo kosmických sond – a to včetně přenosu informací z hlubokého vesmíru zpátky na Matičku Zemi, či studium temné hmoty nebo přízemnější kvantové informatiky.

Sluší se samozřejmě také skepticky zmínit, že prototyp sice má velký příslib, ale nic z výše uvedených slibů o aplikaci ještě nikdo nepostavil. Takže se může také ukázat, že s rozpohybováním grafenové vysílačky je to nějak složitější, než dnes čekáme. Když kvůli ničemu jinému, tak třeba i kvůli ceně.

Přesto by bylo milé, kdyby grafen nabídl silnou pomocnou ruku v tak nečekaném směru, jako je právě detekce mikrovln! I když totiž matroš slibuje leccos, zatím… toho do praxe přinesl méně. Je už pomalu na čase, abychom se v tomhle futuristickém roce dočkali nejenom příběhů jak z dystopické, ale konečně i nějaké té utopické sci-fi.

[Ladislav Loukota, JRN]

A grafenem nám to teprve začíná!

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je [email protected]