Физики из МФТИ научились моделировать проводимость материала для детекторов тепловизионных приборов.

Нагретые предметы испускают инфракрасные волны. Чем горячее тело, тем ярче оно «светится». К сожалению, человеческое зрение не позволяет нам видеть инфракрасный свет. В противном случае мы могли бы избежать многих неприятных ситуаций. Например, случайно не дотронуться до горячего утюга или не наступить в темноте на спящего кота.

Увидеть невидимое инфракрасное излучение нам помогают специальные приборы – тепловизоры. Эти устройства позволяют не только наблюдать в темноте за животными, но и используются для поиска пострадавших в чрезвычайных ситуациях, нахождения источников пожаров и многого другого.

Диоксид ванадия (VO2) — материал для детекторов тепловизионных приборов. Исследователи из МФТИ, Института теоретической и прикладной электродинамики РАН узнали, как именно плёнки диоксида ванадия становятся проводящими. Это позволит удешевить тепловизоры на основе таких пленок, увеличить ихчувствительность и разрешение.

Способность плёнок диоксида ванадия становиться проводящими обнаружили ещё в середине прошлого века. Однако до сих пор точный механизм изменения свойств материала был неизвестен. Если точно знать механизм процесса, то можно синтезировать тонкие плёнки с заданными заранее свойствами: температурой, при которой меняются проводящие свойства, или отношением сопротивлений до и после нагревания.

«Одна из самых полезных вещей, которую можно делать из такой плёнки, — это чувствительные элементы для неохлаждаемого болометра. Болометр — основа тепловизора. Применение пленок диоксида ванадия позволит удешевить тепловизоры, увеличить их чувствительность и разрешение», — комментирует Виктор Полозов, аспирант Физтех-школы физики и исследований им. Ландау.

Исследователи из МФТИ предположили, что смена состояния плёнки диоксида ванадия происходит по следующему сценарию: сначала плёнка нагревается, в каких-то местах её возникают проводящие области. Затем проводящие области образуют канал, благодаря которому плёнка становится проводящей. При дальнейшем нагреве этот канал расширяется, а сопротивление плёнки — уменьшается.

Этот процесс называется «режим с обострением». Подобные процессы раньше уже обнаруживали и в других материалах. Например, в высокотемпературных сверхпроводниках в переходе «проводник — сверхпроводник». Чтобы доказать, что в плёнках VO2 при нагреве реализуется такой же сценарий, учёные объединили теоретический и экспериментальный подход.

«Теоретические расчёты совпали с экспериментальными, причём для плёнок с различной структурой, нанесённых на различные подложки. Мы сделали вывод, что данный механизм универсален — то есть все тонкие плёнки VO2 становятся проводящими при нагревании именно таким образом», — говорит Александр Рахманов, профессор кафедры электродинамики сложных систем и нанофотоники Физтех-школа физики и исследований им.Ландау.

Физики подтвердили своё предположение, что переход в VO2 может быть описан как процесс в режиме с обострением. Теперь, зная, что переход происходит именно по такому механизму, исследователи могут моделировать данный процесс, чем и планируют заняться в рамках дальнейшей работы.