В Пензенском государственном университете, который находится в ведении Министерства науки и высшего образования России, создали программу для изучения электромагнитных волн на поверхности с графеном. Эта разработка может быть использована в инновационных устройствах и приборах для медицины, электроники и телекоммуникационных сетей.
Графен — это ультратонкий слой атомов углерода, толщина которого составляет всего один атом. Благодаря своей структуре, графен демонстрирует уникальные физические характеристики, которые находят применение в различных научных и технических областях.
Например, графен отличается высокой проводимостью на поверхности и может поглощать свет в широком спектре: от ультрафиолетового до среднего инфракрасного. Благодаря этим свойствам графен применяется для создания эффективных фотодетекторов, модуляторов и других электронных устройств. Эти компоненты широко используются в современных гаджетах.
Как рассказал Станислав Тихов, аспирант Пензенского государственного университета, научная группа разработала два инновационных подхода к созданию устройств на основе графена. Эти методы превосходят все существующие в мире аналоги благодаря особой методике математического моделирования. Эта методика может быть использована для создания волноводов.
Процессу создания и выпуску устройства на основе, к примеру, графена предшествует процесс математического моделирования. Потому что нужно посмотреть и просчитать все риски. Посмотреть на характеристики модели. Компьютерная симуляция помогает избежать неточностей и погрешностей в будущем устройстве, а также неоправданных финансовых затрат на его производство.
Специалисты проводят исследования, направленные на изучение того, как электромагнитные волны распространяются в плоском слое, покрытом графеном. В частности, они анализируют, как графеновое покрытие воздействует на свойства различных волноведущих структур.
Для того чтобы использовать графен в математических моделях, в мире существует не так много методов. Все они имеют свои недостатки. Например, некоторые характеристики, такие как нелинейность графена и свойства окружающих его объектов, не учитываются, или же ограничивается диапазон электромагнитного излучения.
Специалисты из Пензы разработали универсальный метод, который можно использовать для решения любых технических задач, связанных с созданием электронных устройств, газовых сенсоров и солнечных батарей.
Кроме того, наш метод может оперировать не только с графеном, но и с любым другим двумерным материалом, обладающим свойствами, близкими к графену, — это дисульфид молибдена, чёрный фосфор.
Метод математического моделирования позволяет провести точные расчёты. В ПГУ предлагают рассмотреть задачу дифракции для двумерного уравнения Гельмгольца с нелинейными граничными условиями. Важно отметить, что в мировой практике ещё не было попыток решить подобную задачу. Это даёт возможность учесть поведение волны как в продольном, так и в поперечном направлении для графена или графенового покрытия. Более того, нет никаких ограничений на характеристики графена и окружающих его объектов.
Учёные сводят задачу к гиперсингулярному интегральному уравнению. Для его решения они предлагают аналитический метод обработки гиперсингулярных операторов.
В результате проведения сложных математических вычислений в ПГУ была разработана программа, которая позволяет быстро и эффективно решать поставленные задачи. С помощью этой программы можно подобрать наиболее подходящий материал для решения конкретной задачи.
Универсальность метода, использованного при создании программы, делает её применимой в различных отраслях промышленности.
Ранее российские учёные предложили защищать пластик от солнца древесным лигнином. Благодаря появлению новых материалов, устойчивых к ультрафиолетовому излучению, срок службы этой техники может быть значительно увеличен.
Читать материалы по теме:
Создан инновационный метод производства солнечных батарей
Unreal Engine 4 успешно запущен на российской ОС «Аврора»
Новая эра машинного обучения: саратовские учёные нашли альтернативу нейронным сетям
