Ученые из Колумбийского университета в Нью-Йорке (США) и Сеульского национального университета (Южная Корея), под руководством инженера Джеймса Хоуна (James Hone) и профессора Юна Дэниела Парка (Yun Daniel Park) разработала инновационную лампочку, в основе конструкции которой лежит графен. Статью ученых об их разработке, опубликованную в журнале Nature Nanotechnology, пересказывает сайт Live Science.
Лампочка состоит из полоски графена шириной несколько микрон и длиной от 6.5 до 14 микрон, перекинутой в качестве «мостика» через зазор в слое кремния. С двух сторон к графеновой полоске подведены электроды, которые и подают на нее напряжение. Бегущий через полоску ток заставляет ее светиться, подобно тому, как светится вольфрамовая нить в обычной лампочке накаливания.
Однако, по сравнению с вольфрамом, графен имеет важные преимущества. Чем выше температура, тем хуже он проводит тепло, поэтому центр графеновой полоски нагревается гораздо сильнее, чем ее края. В результате, во-первых, это пятнышко в центре светит ярче. А во-вторых, электроды не плавятся от слишком высокой температуры.
Вольфрам же обладает отличной теплопроводностью, в результате чего в лампочке накаливания его нить, на всем ее протяжении, раскаляется до 3000°C. В инновационной лампочке горячие электроны в центре графеновой полоски достигает температуры в 2700°C, но в целом вся полоска — только 1700°C.
Испускаемый графеновой полоской свет отражается от поверхности окружающего ее кремния и интерферирует, давая разные пиковые значения длины волн. Благодаря этому можно заставлять лампочку светить разным цветом, регулируя ширину зазора в кремнии.
По словам профессора Парка, на разработку графеновой лампочки у него с коллегами ушло пять лет, а другие коллективы не добились успеха на этом направлении потому, что клали слой графена на тот или иной субстрат, в который уходила большая часть тепловой энергии — как мы уже знаем, графен не слишком склонен ее проводить.
Инновационная лампочка в перспективе может пригодиться в самых разных областях, от освещения наших домов до создания световых компьютеров, в основе работы которых будет лежать перемещение не электронов, а фотонов — квантов света.
Графен — материал, представляющий собой фактически двумерную решетку атомов углерода, обладает многими уникальными свойствами. Например, он прочнее стали и проводит электричество лучше, чем медь. Неудивительно, что за открытие графена физики Андрей Гейм и Константин Новосёлов получили не только Нобелевскую премию, но и медаль Королевского общества Великобритании. На основе этого инновационного материала уже разрабатывается множество устройств для самых разных целей, от гибких компьютерных дисплеев до газового фильтра.
